+

JP3786858B2 - Optical waveguide and method for manufacturing the same - Google Patents

Optical waveguide and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP3786858B2
JP3786858B2 JP2001318698A JP2001318698A JP3786858B2 JP 3786858 B2 JP3786858 B2 JP 3786858B2 JP 2001318698 A JP2001318698 A JP 2001318698A JP 2001318698 A JP2001318698 A JP 2001318698A JP 3786858 B2 JP3786858 B2 JP 3786858B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photocatalyst
upper clad
core layer
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001318698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003121674A (en
Inventor
学 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2001318698A priority Critical patent/JP3786858B2/en
Publication of JP2003121674A publication Critical patent/JP2003121674A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3786858B2 publication Critical patent/JP3786858B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒含有層の親液性、撥液性のパターニングを利用することにより簡便な製造が可能な光導波路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
今日のインターネットの急激な普及にともない、光通信システムの商用化展開が非常な勢いで進んでいる。このような光通信に使用される光導波路の製造方法および構造として、次のものが知られている。
【0003】
まず石英ガラス、多成分ガラス、無機結晶などの無機材料を用いた方法が挙げられる。この方法では透明ガラスのクラッド層を形成するためにかなり高温な製造温度が要求され、かつ大面積な光導波路の形成が不可能であるため商用化には不向きとされている。
【0004】
次に、高分子材料を用いた製造方法を挙げることができる。高分子材料はスピンコート法やディップコート法等による基板上への薄膜形成が容易であり、大面積の光導波路を製造するのに適している。また成膜の際、高温での熱処理工程を含まないことから上述した石英ガラス等の無機材料を用いた製造方法に比べ、耐熱性に乏しい基板上でも光導波路を形成することが可能である。また、高分子材料の特性である柔軟性や強靭性を活かしてフレキシブルな光導波路の製造も可能である。したがって、現在光通信の分野で用いられる光集積回路や光情報通信の分野で用いられる光配線板等の光導波路部品を、このような高分子材料を用いた製造方法により大量、安価に製造することが期待されている。
【0005】
上記高分子材料を用いた製造方法、具体的にはコア層及びクラッド層から構成される光導波路をフォトリソグラフィー法を用いて製造する製造方法を示したのが図3である。以下、図3を工程順に説明する。
【0006】
図3(a)に示すように、基板31上に下部クラッド層32を形成する高分子材料を塗布し、乾燥させて下部クラッド層32を形成する。次に図3(b)に示すように、コア層形成用塗工液を上記下部クラッド層32上に塗布し、硬化させることによってコア層形成用層33を形成する。さらに上記コア層形成用層33上にフォトレジストを塗布し、乾燥させてフォトレジスト層34を形成する。次いで上記コア層形成用層33を所望のコア層にパターニングするためコア層がパターニングされる位置をフォトマスク35で覆い、フォトマスク35を介し紫外線36を照射する(図3(c))。フォトレジスト層34のうち紫外線36を照射された領域は、フォトレジスト現像液で現像、洗浄により除去され、図3(d)に示すようにコア層が形成される位置の上部のみにフォトレジスト層が残存した形状となる。この形状のフォトレジスト層をフォトレジスト部34´とする。フォトレジスト層が除去され剥き出しになった部分のコア層形成用層33をコア層現像液で除去すると、図3(e)に示すように、フォトレジスト部34´を上部に有するコア層33´が形成される。続いてコア層33´上に残存するフォトレジスト部34´をフォトレジスト剥離液によって剥離すると図3(f)に示すようにコア層33´が剥き出しにされる。最後にコア層33´を有する下部クラッド層32上に、上部クラッド層37を形成する高分子材料を塗布し、下部クラッド層32と同様の方法で、上部クラッド層37を形成する。これらの工程を経て図3(g)に示すような光導波路が完成する。
【0007】
しかし、上記に示したフォトリソグラフィー法を用いた製造方法においても、いくつかの問題点が存在する。第一に製造工程が多いため製造に手間を要し、それに伴った様々な高精度な装置を必要とすることからコストがかさむといった問題、第二にコア層のパターニングの際に行う現像、洗浄工程における廃液処理の問題、第三にコア層のパターニング精度の限界によるコア層とクラッド層との界面不整を要因とする光伝送損失の問題等が挙げられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、製造工程が簡便化されることに伴いコスト的にも有利な、かつ環境面にも配慮したより高品質な光導波路を提供することを主目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項1に記載するように、基板と、上記基板上に形成された、エネルギー照射により液体との接触角が低下するように濡れ性が変化し、少なくとも光触媒およびバインダからなる光触媒含有層と、上記光触媒含有層上にパターン状に形成されたコア層と、上記コア層を覆うように上記光触媒含有層上に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする光導波路を提供する。
【0010】
エネルギー照射により液体との接触角が低下するように濡れ性の変化する光触媒含有層が形成されれば、エネルギーのパターン照射を行うことにより容易に照射された部位の濡れ性を変化させ、液体との接触角の小さい親液性領域とすることが可能となる。そこで本発明においては、このような方法を活用することにより、光触媒含有層上のコア層形成部を予め親液性とし、液体との接触角の小さい親液性領域のみコア層形成用塗工液が付着することを利用して、所望の領域に精度よくコア層を作製することを容易とする。さらに本発明においては、コア層は光触媒含有層上に形成されていることから、コア層および光触媒含有層の屈折率差を調節することにより、光触媒含有層を上部クラッド層と同様の働きを担う下部クラッド層として活用することができる。したがって、別途クラッド層を形成する必要がなく、工程の簡略化が可能となり、コストを低減させることができる。
【0011】
上記請求項1に記載された発明においては、請求項2に記載するように、上記上部クラッド層は上記光触媒含有層上にパターン状に形成されていることが好ましい。このように、上部クラッド層をパターン状に形成することにより、平面基板上に複雑な光配線を施し、分岐、スイッチィング、コネクト等の光インターコネクション機能を有する平面光導波路を、低損失にて、容易に作製できるといった利点を有するからである。
【0012】
上記請求項1または請求項2に記載された発明においては、請求項3に記載するように、上記光触媒含有層上における表面張力40mN/mの液体との接触角が、エネルギー照射されていない部分において10度以上であり、エネルギー照射された部分において10度未満であることが好ましい。
【0013】
エネルギーが照射されていない部分は、撥液性が要求される部分であることから、表面張力40mN/mの液体との接触角が10度未満である場合は、撥液性が十分でなく、コア層形成用塗料が残存する可能性が生じるため好ましくない。また、エネルギーが照射された部分の表面張力40mN/mの液体との接触角が10度以上である場合は、この部分でのコア層形成用塗料の広がりが劣る可能性があり、正確なパターニングが困難となるからである。
【0014】
上記請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項4に記載するように、上記光触媒含有層と上記コア層との屈折率の差が0.03以上であることが好ましい。屈折率の差が上記範囲よりも小さくなるとコア層内を良好に光が導波することが困難となるからである。また上述したように上記範囲程度の屈折率差があれば、光触媒含有層を上部クラッド層と同様の働きを担う下部クラッド層として十分に活用することができるからである。
【0015】
上記請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項5に記載するように、上記上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている場合、上記上部クラッド層および上記コア層の屈折率差が0.03以上であることが好ましい。上部クラッド層とコア層との屈折率差が少なくとも上述した範囲以上あることにより、コア層から上部クラッド層への光の吸収損失を抑えることができるからである。
【0016】
上記請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項6に記載するように、上記上部クラッド層が不透明である場合、上記上部クラッド層および上記コア層との界面が鏡面として作用する金属からなることが好ましい。このように不透明な上部クラッド層とコア層との界面が鏡面として作用する金属を用いることにより、コア層から上部クラッド層への光はすべて反射され光の損失が最大限抑止された光導波路が製造できるからである。
【0017】
上記請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項7に記載するように、上記光触媒含有層がフッ素を含み、上記光触媒含有層に対しエネルギーを照射した際に、上記光触媒の作用により上記光触媒含有層表面のフッ素含有量がエネルギー照射前に比較して低下するように上記光触媒含有層が形成されていることが好ましい。
【0018】
このように、本発明の光導波路は、光触媒含有層のうちエネルギー照射領域のフッ素含有量が低下するように構成されているので、エネルギーをパターン照射することにより、フッ素含有量の低下した領域からなるパターンを形成することができる。フッ素含有量が低下するとその領域は、他の部分と比較して親液性の高い領域となるので、コア層が形成される部分のみ容易に親液性領域とすることが可能となり、この親液性領域にコア層形成用塗工液を塗布するのみでコア層が形成できるからである。
【0019】
上記請求項1から請求項7までの請求項に記載された発明においては、請求項8に記載するように、上記光触媒が、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化タングステン(WO)、酸化ビスマス(Bi)、および酸化鉄(Fe)から選択される1種または2種以上の物質であることが好ましい。中でも請求項9に記載するように酸化チタン(TiO)であることが好ましい。これは、酸化チタンのバンドギャップエネルギーが高いため光触媒として有効であり、かつ化学的にも安定で毒性もなく、入手も容易だからである。
【0020】
上記請求項1から請求項9までの請求項に記載された発明においては、請求項10に記載するように、上記バインダが、YSiX(4−n)(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示し、Xはアルコキシル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。このようなオルガノポリシロキサンを用いることにより、エネルギーが照射された場合であっても、光触媒を光触媒含有層内に強力に保持することが可能となるからである。
【0021】
上記目的を達成するために、本発明は、請求項11に記載するように、基板を準備する工程と、上記基板上に少なくとも光触媒とバインダとを有しエネルギー照射により照射部分の濡れ性が液体との接触角が低下する方向に変化する光触媒含有層を形成する工程と、上記光触媒含有層上のコア層を形成する部位であるコア層形成部に、エネルギーをパターン照射してコア層露光部を形成する工程と、上記光触媒含有層のコア層露光部上にコア層を形成する工程と、上記光触媒含有層上に形成された上記コア層の表面を被覆するように上部クラッド層を形成するために、上記光触媒含有層上の上部クラッド層が形成される部位である上部クラッド層形成部に、エネルギーを照射して上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。
【0022】
本発明における光導波路の製造方法と、上述した図3に示す従来のフォトリソグラフィー法による光導波路の製造方法とを比較すると、まず図3(d)から図3(e)に示した余分な部位のコア層形成用層を除去する工程が省かれ、製造工程の簡便化が図れる。また、図3の(c)から(f)に示した一連の工程が、本発明においては光触媒含有層に、コア層のパターンに応じてエネルギーをパターン照射しコア層露光部を形成し、その領域にコア層形成用塗工液を塗布するのみで完了することにより、飛躍的な製造効率の向上が望める。また図3のこの一連の工程における、所望の形状にコア層形成用層をパターニングするために行うフォトレジスト層の現像、洗浄の際に生じる廃液の問題をも解決することができるといった利点が挙げられる。
【0023】
上記請求項11に記載された発明においては、請求項12に記載するように、上記エネルギー照射により上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とが、上記光触媒含有層の表面に対して、上記コア層の両側部に所定の幅を持つようにエネルギーをパターン照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上に上記コア層を被覆するように、上部クラッド層を形成する工程とを有することが好ましい。
【0024】
これにより、コア層表面を被覆するようにかつパターン状に配置された上部クラッド層を形成することができる。上述したように、上部クラッド層をパターン状に形成することにより、平面基板上に複雑な光配線を施し、分岐、スイッチィング、コネクト等の光インターコネクション機能を有する平面光導波路を、低損失にて、容易に作製できるといった利点を有するからである。
【0025】
上記請求項11に記載された発明においては、請求項13に記載するように、上記エネルギー照射により上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とが、上記光触媒含有層の表面に対して全面にエネルギーを照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上にコア層を被覆するように上部クラッド層を形成する工程とを有することが好ましい。光触媒含有層上の全面に上部クラッド層を形成することは、製造工程上容易に行うことができるからである。
【0026】
上記請求項11から請求項13までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項14に記載するように、上記光触媒含有層上における表面張力40mN/mの液体との接触角が、エネルギー照射されていない部分において10度以上であり、エネルギー照射された部分において10度未満であることが好ましい。
【0027】
上述したように、エネルギーが照射されていない部分は、撥液性が要求される部分であることから、表面張力40mN/mの液体との接触角が10度未満である場合は、撥液性が十分でなく、コア層形成用塗料が残存する可能性が生じるため好ましくない。また、エネルギーが照射された部分の表面張力40mN/mの液体との接触角が10度以上である場合は、この部分でのコア層形成用塗料の広がりが劣る可能性があり、正確なパターニングが困難となるからである。
【0028】
上記請求項11から請求項14までのいずれかの請求項に記載された発明おいては、請求項15に記載するように、上記光触媒含有層上にパターン状に形成されたコア層が、コア層形成用塗工液を塗布することによって形成されたコア層であることが好ましい。中でも請求項16に記載するように、上記コア層形成用塗工液を塗布してコア層を形成する工程が、ノズル吐出法で塗布されることが好ましい。ノズル吐出法で塗布することにより、効率よくコア層形成用塗工液を塗布することが可能となる。またコア層形成用塗工液の塗布位置が正確であり、發液性領域に残存するコア層形成用塗工液の量を抑えることが可能であるので、コア層の周囲を被覆する光触媒含有層および上部クラッド層との界面における界面不整による光伝送損失を防止することができるからである。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明するが、まず光導波路について説明し、次に光導波路の製造方法について説明する。
【0030】
A.光導波路について
本発明の光導波路は、基板と、上記基板上に形成された、エネルギー照射により液体との接触角が低下するように濡れ性が変化し、少なくとも光触媒およびバインダからなる光触媒含有層と、上記光触媒含有層上にパターン状に形成されたコア層と、上記コア層を覆うように上記光触媒含有層上に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とするものである。
【0031】
図1は本発明の光導波路の一例を図示した概略断面図である。図1に示す光導波路は、基板1上に形成された光触媒含有層2と、上記光触媒含有層2上のエネルギー照射領域であるコア層露光部3と、上記コア層露光部3に設けられることにより、光触媒含有層2上にパターン状に形成されたコア層4と、上記コア層4を覆うように上記光触媒含有層2上に形成された上部クラッド層5とからなる。図1に図示した上部クラッド層5は光触媒含有層2上の全面に形成されたものであるが、コア層4表面のみを被覆するようにパターン状に形成された上部クラッド層であってもよい。
【0032】
光導波路は、コア層内を光が導波することによって、光に変換された様々な情報を他の機器に伝達する役割を担っている。したがっていかに光伝送損失の少ない光導波路とするかが重要な要素となる。この光伝送損失の要因としてコア層とクラッド層との界面における形状が均一に整っていないことによる界面不整を挙げることができる。本発明においては、光触媒含有層の親液性、撥液性のパターンを利用して、この親液性領域に良好な密着性を示すコア層形成用塗工液を付着させることにより界面不整が防止でき、所望の形状のコア層の形成が容易となるため、精度の高い光導波路の製造が可能となる。以下、本発明の光導波路について各構成毎に詳細に説明する。
【0033】
(光触媒含有層)
本発明の光導波路においては、露光(本発明においては、光が照射されたことのみならず、エネルギーが照射されたことをも意味するものとする。)により液体との接触角が低下するように濡れ性が変化する光触媒含有層を設け、これにエネルギーのパターン照射等を行うことにより容易に濡れ性を変化させ、液体との接触角の小さい親液性領域のパターンを形成することができる。これによりコア層を形成する領域のみ容易に親液性領域とすることが可能となる。またコア層と光触媒含有層との屈折率の差を調整することにより光触媒含有層を上部クラッド層と同様の働きを担う下部クラッド層として用いることができる。これにより製造工程が効率的でコスト的にも有利な光導波路が容易に得られる。なお、この場合のエネルギーとしては、通常紫外光を含む光が用いられる。
【0034】
ここで、親液性領域とは、液体との接触角が小さい領域であり、コア層形成用塗工液等に対する濡れ性の良好な領域をいうこととする。また、撥液性領域とは、液体との接触角が大きい領域であり、コア層形成用塗工液等に対する濡れ性が悪い領域をいうこととする。
【0035】
上記光触媒含有層は、露光していない部分においては、表面張力40mN/mの液体との接触角が10度以上、好ましくは表面張力30mN/mの液体との接触角が10度以上、特に表面張力20mN/mの液体との接触角が10度以上であることが好ましい。これは、露光していない部分は、本発明においては撥液性が要求される部分であることから、液体との接触角が小さい場合は、撥液性が十分でなく、コア層形成用塗工液等が撥液性領域に残存することにより、コア層側部等の形状を良好な状態とすることが困難になる等の問題が生じる可能性があるためである。
【0036】
また、上記光触媒含有層は、露光すると液体との接触角が低下して、表面張力40mN/mの液体との接触角が10度未満、好ましくは表面張力50mN/mの液体との接触角が10度以下、特に表面張力60mN/mの液体との接触角が10度以下となるような層であることが好ましい。露光した部分の液体との接触角が高いと、この部分でのコア層形成用塗工液等の広がりが劣る可能性があり、正確なパターニングが困難となるからである。
【0037】
なお、ここでいう液体との接触角は、種々の表面張力を有する液体との接触角を接触角測定器(協和界面科学(株)製CA−Z型)を用いて測定(マイクロシリンジから液滴を滴下して30秒後)し、その結果から、もしくはその結果をグラフにして得たものである。また、この測定に際して、種々の表面張力を有する液体としては、純正化学株式会社製のぬれ指数標準液を用いることができる。
【0038】
ところで、光導波路のコア層は、これと接する他の層と比較して屈折率が大きいことが要求される。コア層と接する他の層は通常クラッド層と呼ばれ、本発明では、このクラッド層に上部クラッド層と光触媒含有層が該当する。すなわち本発明においては、光触媒含有層がクラッド層として用いることができるのである。なお本発明においては、上部クラッド層と区別するため光触媒含有層を下部クラッド層とする場合がある。
【0039】
このようにクラッド層として機能するために、本発明においては、上記光触媒含有層の屈折率が、1.1〜1.7の範囲内、好ましくは1.1〜1.5の範囲内であることが好ましい。
【0040】
また、光触媒含有層およびコア層の屈折率差は0.03以上であることが好ましく、特に0.05以上、中でも0.1以上であることが好ましい。通常光導波路においてクラッド層は、コア層内を導波する光を反射させる働きを主目的とする層である。つまりコア層内を導波する光がクラッド層を構成する物質によって吸収されることによる吸収損失を防止する働きを持つ層である。このような効果を及ぼすために、コア層の屈折率をクラッド層の屈折率よりも高くする必要がある。そこで本発明においては、光触媒含有層およびコア層の屈折率差を上記範囲とすることにより、光触媒含有層がクラッド層として十分に機能するようにしたものである。
【0041】
本発明の光触媒含有層は、少なくとも光触媒とバインダとから構成されていることが好ましい。このような層とすることによりエネルギー照射による光触媒の作用から、バインダの化学構造を変化させ、これによりエネルギー照射部分の臨界表面張力を高くすることが可能となり、液体との接触角を低くすることができるのである。
【0042】
このような光触媒含有層における、後述するような酸化チタンに代表される光触媒の作用機構は、必ずしも明確なものではないが、光等の照射によって生成したキャリアが、近傍の化合物との直接反応、あるいは、酸素、水の存在下で生じた活性酸素種によって、有機物の化学構造に変化を及ぼすものと考えられている。
【0043】
本発明においては、光触媒により、バインダの一部である有機基や添加剤の酸化、分解等の作用を用いて、露光部の濡れ性を変化させて親液性とし、非露光部との濡れ性に大きな差を生じさせることができる。よって、コア層形成用塗工液との受容性(親液性)および反撥性(撥液性)を高めることによって、品質が良好でかつコスト的にも有利な光導波路を得ることができる。
【0044】
また、本発明においてこのような光触媒含有層を用いた場合、この光触媒含有層が少なくとも光触媒とフッ素とを含有し、さらにこの光触媒含有層表面のフッ素含有量が、光触媒含有層に対しエネルギーを照射した際に、上記光触媒の作用によりエネルギー照射前に比較して低下するように上記光触媒含有層が形成されていてもよい。
【0045】
このような特徴を有する光触媒含有層においては、エネルギーをパターン照射することにより、容易にフッ素の含有量の少ない部分からなるパターンを形成することができる。ここで、フッ素は極めて低い表面エネルギーを有するものであり、このためフッ素を多く含有する物質の表面は、臨界表面張力がより小さくなる。したがって、フッ素の含有量の多い部分の表面の臨界表面張力に比較してフッ素の含有量の少ない部分の臨界表面張力は大きくなる。これはすなわち、フッ素含有量の少ない部分はフッ素含有量の多い部分に比較して親液性領域となっていることを意味する。よって、周囲の表面に比較してフッ素含有量の少ない部分からなるパターンを形成することは、撥液性域内に親液性領域のパターンを形成することとなる。
【0046】
したがって、このような光触媒含有層を用いた場合は、エネルギーをパターン照射することにより、撥液性領域内に親液性領域のパターンを容易に形成することができるので、この親液性領域のみにコア層を形成することが容易に可能となり、品質の良好な光導波路とすることができる。
【0047】
上述したような、フッ素を含む光触媒含有層中に含まれるフッ素の含有量は、エネルギーが照射されて形成されたフッ素含有量が低い親液性領域におけるフッ素含有量が、エネルギー照射されていない部分のフッ素含有量を100とした場合に10以下、好ましくは5以下、特に好ましくは1以下であることが好ましい。
【0048】
このような範囲内とすることにより、エネルギー照射部分と未照射部分との親液性に大きな違いを生じさせることができる。したがって、このような光触媒含有層上にコア層を形成することにより、フッ素含有量が低下した親液性領域のみに正確にコア層を形成することが可能となり、精度の高い光導波路を得ることができるからである。なお、この低下率は重量を基準としたものである。
【0049】
このような光触媒含有層中のフッ素含有量の測定は、一般的に行われている種々の方法を用いることが可能であり、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy, ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)とも称される。)、蛍光X線分析法、質量分析法等の定量的に表面のフッ素の量を測定できる方法であれば特に限定されるものではない。
【0050】
本発明で使用する光触媒としては、光半導体として知られる例えば酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化タングステン(WO)、酸化ビスマス(Bi)、および酸化鉄(Fe)を挙げることができ、これらから選択して1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0051】
本発明においては、特に酸化チタンが、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定で毒性もなく、入手も容易であることから好適に使用される。酸化チタンには、アナターゼ型とルチル型があり本発明ではいずれも使用することができるが、アナターゼ型の酸化チタンが好ましい。アナターゼ型酸化チタンは励起波長が380nm以下にある。
【0052】
このようなアナターゼ型酸化チタンとしては、例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル(石原産業(株)製STS−02(平均粒径7nm)、石原産業(株)製ST−K01)、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル(日産化学(株)製TA−15(平均粒径12nm))等を挙げることができる。
【0053】
光触媒の粒径は小さいほど光触媒反応が効果的に起こるので好ましく、平均粒径か50nm以下が好ましく、20nm以下の光触媒を使用するのが特に好ましい。また、光触媒の粒径が小さいほど、形成された光触媒含有層の表面粗さが小さくなるので好ましく、光触媒の粒径が100nmを越えると光触媒含有層の中心線平均表面粗さが粗くなり、光触媒含有層の非露光部の撥液性が低下し、また露光部の親液性の発現が不十分となるため好ましくない。
【0054】
本発明においては、上述したように光触媒含有層表面にフッ素を含有させ、この光触媒含有層表面にエネルギーをパターン照射することにより光触媒含有層表面のフッ素含有量を低下させ、これにより撥液性領域中に親液性領域のパターンを形成し、ここにコア層を形成して得られる光導波路であってもよい。この場合であっても、光触媒として上述したような二酸化チタンを用いることが好ましいが、このように二酸化チタンを用いた場合の、光触媒含有層中に含まれるフッ素の含有量としては、X線光電子分光法で分析して定量化すると、チタン(Ti)元素を100とした場合に、フッ素(F)元素が500以上、このましくは800以上、特に好ましくは1200以上となる比率でフッ素(F)元素が光触媒含有層表面に含まれていることが好ましい。
【0055】
フッ素(F)が光触媒含有層にこの程度含まれることにより、光触媒含有層上における臨界表面張力を十分低くすることが可能となることから表面における撥液性を確保でき、これによりエネルギーをパターン照射してフッ素含有量を減少させたパターン部分における表面の親液性領域との濡れ性の差異を大きくすることができ、最終的に得られる光導波路の品質を向上させることができるからである。
【0056】
さらに、このような光導波路においては、エネルギーをパターン照射して形成される親液性領域におけるフッ素含有量が、チタン(Ti)元素を100とした場合にフッ素(F)元素が50以下、好ましくは20以下、特に好ましくは10以下となる比率で含まれていることが好ましい。
【0057】
光触媒含有層中のフッ素の含有率をこの程度低減することができれば、コア層等を形成するためには十分な親液性を得ることができ、上記エネルギーが未照射である部分の撥液性との濡れ性の差異により、コア層等を精度良く形成することが可能となり、品質の良好な光導波路を得ることができる。
【0058】
本発明において、光触媒含有層に使用するバインダは、主骨格が上記の光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものが好ましく、例えば、(1)ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、(2)撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
【0059】
上記の(1)の場合、一般式:
SiX(4−n)
(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示し、Xはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)
で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。なお、ここでYで示される基の炭素数は1〜20の範囲内であることが好ましく、また、Xで示されるアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基であることが好ましい。
【0060】
また、バインダとして、特にフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンが好ましく用いることができ、具体的には、下記のフルオロアルキルシランの1種または2種以上の加水分解縮合物、共加水分解縮合物が挙げられ、一般にフッ素系シランカップリング剤として知られたものを使用することができる。
【0061】
CF(CFCHCHSi(OCH
CF(CFCHCHSi(OCH
CF(CFCHCHSi(OCH
CF(CFCHCHSi(OCH
(CFCF(CFCHCHSi(OCH
(CFCF(CFCHCHSi(OCH
(CFCF(CFCHCHSi(OCH
CF(C)CSi(OCH
CF(CF(C)CSi(OCH
CF(CF(C)CSi(OCH
CF(CF(C)CSi(OCH
CF(CFCHCHSiCH(OCH
CF(CFCHCHSiCH(OCH
CF(CFCHCHSiCH(OCH
CF(CFCHCHSiCH(OCH
(CFCF(CFCHCHSiCH(OCH
(CFCF(CFCHCHSi CH(OCH
(CFCF(CFCHCHSi CH(OCH
CF(C)CSiCH(OCH
CF(CF(C)CSiCH(OCH
CF(CF(C)CSiCH(OCH
CF(CF(C)CSiCH(OCH
CF(CFCHCHSi(OCHCH
CF(CFCHCHSi(OCHCH
CF(CFCHCHSi(OCHCH
CF(CFCHCHSi(OCHCH
CF(CFSON(C)CCHSi(OCH
【0062】
上記のようなフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンをバインダとして用いることにより、光触媒含有層の非露光部の撥液性が大きく向上させることができるからである。
【0063】
また、上記の(2)の反応性シリコーンとしては、下記一般式で表される骨格をもつ化合物を挙げることができる。
【0064】
【化1】

Figure 0003786858
【0065】
ただし、nは2以上の整数であり、R,Rはそれぞれ炭素数1〜10の置換もしくは非置換のアルキル、アルケニル、アリールあるいはシアノアルキル基であり、モル比で全体の40%以下がビニル、フェニル、ハロゲン化フェニルである。また、R、Rがメチル基のものが表面エネルギーが最も小さくなるので好ましく、モル比でメチル基が60%以上であることが好ましい。また、鎖末端もしくは側鎖には、分子鎖中に少なくとも1個以上の水酸基等の反応性基を有する。
【0066】
また、上記のオルガノポリシロキサンとともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコン化合物をバインダに混合してもよい。
【0067】
本発明の光導波路においては、このようにオルガノポリシロキサン等の種々のバインダを光触媒含有層に用いることができる。本発明においては、上述したように、このようなバインダおよび光触媒を含む光触媒含有層にフッ素を含有させ、エネルギーをパターン照射することにより光触媒含有層表面のフッ素を低減させ、これにより撥液性領域内に親液性領域を形成するようにしてもよい。この際、光触媒含有層中にフッ素を含有させる必要があるが、このようなバインダを含む光触媒含有層にフッ素を含有させる方法としては、通常高い結合エネルギーを有するバインダに対し、フッ素化合物を比較的弱い結合エネルギーで結合させる方法、比較的弱い結合エネルギーで結合されたフッ素化合物を光触媒含有層に混入させる方法等を挙げることができる。このような方法でフッ素を導入することにより、エネルギーが照射された場合に、まず結合エネルギーが比較的小さいフッ素結合部位が分解され、これによりフッ素を光触媒含有層中から除去することができるからである。
【0068】
上記第1の方法、すなわち、高い結合エネルギーを有するバインダに対し、フッ素化合物を比較的弱い結合エネルギーで結合させる方法としては、上記オルガノポリシロキサンにフルオロアルキル基を置換基として導入する方法等を挙げることができる。
【0069】
例えば、オルガノポリシロキサンを得る方法として、上記(1)として記載したように、ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサンを得ることができる。ここで、この方法においては、上述したように上記一般式:
SiX(4−n)
(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示し、Xはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)
で示される珪素化合物の1種または2種以上を、加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合することによりオルガノポリシロキサンを得るのであるが、この一般式において、置換基Yとしてフルオロアルキル基を有する珪素化合物を用いて合成することにより、フルオロアルキル基を置換基として有するオルガノポリシロキサンを得ることができる。このようなフルオロアルキル基を置換基として有するオルガノポリシロキサンをバインダとして用いた場合は、エネルギーが照射された際、光触媒含有層中の光触媒の作用により、フルオロアルキル基の炭素結合の部分が分解されることから、光触媒含有層表面にエネルギーを照射した部分のフッ素含有量を低減させることができる。
【0070】
この際用いられるフルオロアルキル基を有する珪素化合物としては、フルオロアルキル基を有するものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも1個のフルオロアルキル基を有し、このフルオロアルキル基の炭素数が4から30、好ましくは6から20、特に好ましくは6から16である珪素化合物が好適に用いられる。このような珪素化合物の具体例は上述した通りであるが、中でも炭素数が6から8であるフルオロアルキル基を有する上記珪素化合物、すなわちフルオロアルキルシランが好ましい。
【0071】
本発明においては、このようなフルオロアルキル基を有する珪素化合物を上述したフルオロアルキル基を有さない珪素化合物と混合して用い、これらの共加水分解縮合物を上記オルガノポリシロキサンとして用いてもよいし、このようなフルオロアルキル基を有する珪素化合物を1種または2種以上用い、これらの加水分解縮合物、共加水分解縮合物を上記オルガノポリシロキサンとして用いてもよい。
【0072】
このようにして得られるフルオロアルキル基を有するオルガノポリシロキサンにおいては、このオルガノポリシロキサンを構成する珪素化合物の内、上記フルオロアルキル基を有する珪素化合物が0.01モル%以上、好ましくは0.1モル%以上含まれていることが好ましい。
【0073】
フルオロアルキル基がこの程度含まれることにより、光触媒含有層上の撥液性を高くすることができ、エネルギーを照射して親液性領域とした部分との濡れ性の差異を大きくすることができるからである。
【0074】
また、上記(2)に示す方法では、撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋することによりオルガノポリシロキサンを得るのであるが、この場合も同様に、上述した一般式中のR,Rのいずれかもしくは両方をフルオロアルキル基等のフッ素を含有する置換基とすることにより、光触媒含有層中にフッ素を含ませることが可能であり、またエネルギーが照射された場合に、シロキサン結合より結合エネルギーの小さいフルオロアルキル基の部分が分解されるため、エネルギー照射により光触媒含有層表面におけるフッ素の含有量を低下させることができる。
【0075】
一方、後者の例、すなわち、バインダの結合エネルギーより弱いエネルギーで結合したフッ素化合物を導入させる方法としては、例えば、低分子量のフッ素化合物を導入させる場合は、例えばフッ素系の界面活性剤を混入する方法等を挙げることができ、また高分子量のフッ素化合物を導入させる方法としては、バインダ樹脂との相溶性の高いフッ素樹脂を混合する等の方法を挙げることができる。
【0076】
本発明において光触媒含有層には上記の光触媒、バインダの他に、界面活性剤を含有させることができる。具体的には、日光ケミカルズ(株)製NIKKOLBL、BC、BO、BBの各シリーズ等の炭化水素系、デュポン社製ZONYL FSN、FSO、旭硝子(株)製サーフロンS−141、145、大日本インキ化学工業(株)製メガファックF−141、144、ネオス(株)製フタージェントF−200、F251、ダイキン工業(株)製ユニダインDS−401、402、スリーエム(株)製フロラードFC−170、176等のフッ素系あるいはシリコーン系の非イオン界面活性剤を挙げることかでき、また、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、両性界面活性剤を用いることもできる。
【0077】
また、光触媒含有層には上記の界面活性剤の他にも、ポリビニルアルコール、不飽和ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ジアリルフタレート、エチレンプロピレンジエンモノマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリベンズイミダゾール、ポリアクリルニトリル、エピクロルヒドリン、ポリサルファイド、ポリイソプレン等のオリゴマー、ポリマー等を含有させることができる。
【0078】
光触媒含有層中の光触媒の含有量は、5〜60重量%、好ましくは20〜40重量%の範囲で設定することができる。また、光触媒含有層の厚みは、光触媒含有層が下部クラッド層として作用するために、0.1〜1μmの範囲内が好ましく、特に好ましくは、0.1〜0.5μmの範囲内である。
【0079】
上記光触媒含有層は、光触媒とバインダを必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散して塗布液を調製し、この塗布液を塗布することにより形成することができる。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましい。塗布はスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。バインダとして紫外線硬化型の成分を含有している場合、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより光触媒含有層を形成することができる。
【0080】
(コア層)
一般に光導波路において、コア層はその内部を光が伝送するため、コア層の周囲を覆うクラッド層よりも屈折率が高いことが要求される。さらにコア層内部を導波する光が滞りなく伝送されるため、コア層の周辺部は整った形状であることが好ましい。コア層の周辺部が整った形状であることにより、コア層とこれに接する上部クラッド層との界面が整っていないことによる光伝送損失を防止することができるからである。
【0081】
本発明においては、上述した一般的な光導波路のクラッド層に、上部クラッド層および光触媒含有層が該当する。したがって、コア層はこの両方の層よりも屈折率を高くすることが必要である。本発明におけるコア層の屈折率は、光触媒含有層上に付着させるコア層形成用材料を変化させることにより容易に調節することが可能であり、上部クラッド層および光触媒含有層との関係において、容易に好適な屈折率のコア層とすることができる。
【0082】
さらに、本発明においては、光触媒含有層に対するエネルギー照射により生じる親液性および撥水性の濡れ性の違いを利用してコア層を形成するものである。つまりコア層を形成するコア層形成用材料は、親液性領域および撥水性領域に対する密着性に格段の違いを有するため、この性質を利用することにより、親液性領域にのみコア層形成用材料を付着させることが可能である。したがって、コア層の周辺部が整った形状となるため、コア層とこれに接する上部クラッド層との界面が整っていないことによる光伝送損失を防止することが可能である。
【0083】
このようなコア層を形成するするための材料としては、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、酸化ケイ素等が挙げられる。これらの材料をスピンコート法やディップコート法等の各種コーティング法やインクジェット法等のノズル吐出法、蒸着法および無電解メッキ法等を材料の特性に応じて選択し、コア層を形成する。また選択する材料の種類や混合比率により屈折率を制御することが可能である。
【0084】
また、光導波路においてコア層内における光の導波を良好に保つためにコア層の屈折率をその表面を被覆するクラッド層の屈折率よりも高くする必要がある。本発明においては、コア層の屈折率を1.1〜1.7の範囲内、好ましくは1.4〜1.7の範囲内とすることが好ましい。さらにコア層の表面を覆う上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている場合、コア層との屈折率差を0.03以上、特に0.05以上とすることが好ましい。コア層と上部クラッド層との屈折率差を上記範囲とし、かつコア層の下部を被覆する光触媒含有層とコア層との屈折率差を上述した範囲内とすることにより、光伝送損失の少ない光導波路の作製が可能となる。
【0085】
ここでコア層の形状に関しては、通常コア層内を導波する光のモード等を考慮して決定する。導波光としては、一般に赤外光を用いることから、コア層の頂部から底部までの膜厚が、0.8〜300μmの範囲内、好ましくは1〜100μmの範囲内が好ましい。またコア層底部の幅は0.8〜300μmの範囲内、好ましくは1〜100μmの範囲内が好ましい。上記範囲内のコア層とすることにより、コア層内を滞りなく光が導波し、効率の良好な光導波路を得ることができるからである。
【0086】
(上部クラッド層)
本発明のおいて、図1に示すように上部クラッド層5はコア層4の表面を被覆するように形成されている。図1に図示された上部クラッド層5は光触媒含有層2上の全面に形成されているが、コア層表面を被覆するようにパターン状に形成された上部クラッド層であってもよい。また光導波路におけるクラッド層の役割としては、光導波路の光伝送損失を抑制することの他に、外部からの応力等による悪影響の防止や、光導波路端面を切断して端面研磨する際、高い寸法精度の加工を可能とすること等を挙げることができる。
【0087】
本発明において上部クラッド層は、透明性を有する材料で形成されている場合と、不透明である場合とのいずれの態様であってもよい。
【0088】
まず、上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている場合について説明する。
【0089】
上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている場合に用いられる材料としては、例えば、シリコン樹脂、ポリメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、酸化珪素、UV硬化型エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド、ポリイミド、ポリカーボネイト―MMA、重水素化ポリフルオロメタクリレート等を挙げることができる。
【0090】
これらの材料は例えば蒸着法等により付着させることも可能であるが、好ましくはスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の各種コーティング法やインクジェットなどの吐出法等により、塗工液とした上記材料を塗布することによって上部クラッド層を形成する。また選択する材料の種類や材料の混合比率によって屈折率を容易に変化させることができるため、コア層の屈折率に応じて屈折率差を制御した上部クラッド層の形成が可能である。
【0091】
本発明において上部クラッド層の屈折率は1.1〜1.7の範囲内、好ましくは1.4〜1.7の範囲内であることが好ましい。上部クラッド層を上記範囲内とすることにより、光伝送損失の一要因である吸収損失を効果的に防止することができるからである。
【0092】
また、上部クラッド層とコア層との屈折率の差は、0.03以上、特に0.05以上であることが好ましい。上記範囲程度にコア層の屈折率が上部クラッド層の屈折率よりも高ければ、吸収損失による光伝送損失を効率よく防止でき伝送効率の良好な光導波路が製造できるからである。
【0093】
ところで、上述したように、本発明においては上部クラッド層の形状は、光触媒含有層上の全面に形成されている場合と、コア層表面を被覆するようにパターン状に形成されている場合とがある。
【0094】
上部クラッド層が図1に図示するように、光触媒含有層上の全面に形成されている場合は、比較的製造が容易であるという利点を有する。さらに、上部クラッド層が光触媒含有層上の全面に形成されており、かつ透明性を有する場合、コア層頂部から上部クラッド層表面までの上部クラッド層の膜厚が、0.5〜300μmの範囲内、その中でも特に1〜100μmの範囲内であることが好ましい。この膜厚が上記範囲よりも薄くなるとコア層を導波する光の損失が顕著に大きくなり、光導波路として機能しなくなるからである。
【0095】
一方、上部クラッド層が光触媒含有層上のコア層を被覆するようにパターン状に形成されていてもよい。このように上部クラッド層をパターン状に形成することにより、平面基板上に複雑な光配線を施し、分岐、スイッチィング、コネクト等の光インターコネクション機能を有する平面光導波路を、低損失にて、容易に作製できるといった利点を有するからである。
【0096】
さらに、上部クラッド層がパターン状に形成され、かつ透明性を有する材料で形成されている場合、コア層の頂部から上部クラッド層の頂部までの上部クラッド層の膜厚は0.5〜300μmの範囲内、その中でも特に1〜100μmの範囲内であることが好ましい。またこの場合上部クラッド層はコア層の両側部に所定の幅を持つように形成されており、コア層の側部から上部クラッド層の側部までの上部クラッド層の幅は0.5〜300μmの範囲内、その中でも特に1〜100μmの範囲内であることが好ましい。上記範囲内の膜厚および幅で形成されている上部クラッド層であれば、コア層内を導波する光を反射させ、コア層を表面からの塵や汚れから防御し、外部からの応力等からの影響を防止するクラッド層としての機能を十分に発揮することができるからである。
【0097】
次に、上部クラッド層が不透明な場合について説明する。この場合、上記上部クラッド層とコア層との界面が鏡面として作用する金属からなることが好ましい。このような金属として具体的には、金、アルミニウム、銅、銀等を挙げることができ、本発明においてはその中でも特にアルミニウムが好ましい。これらの金属を蒸着法等を用いて形成し、上部クラッド層とすることにより、上部クラッド層とコア層との界面が鏡面として作用し、コア層内を導波する光を全反射させるため、上部クラッド層への光の吸収損失が抑えられ、光伝送損失の少ない効率的な光導波路が得られるからである。
【0098】
また、上部クラッド層の形状に関しては、コア層および上部クラッド層との界面で、隙間なく両者が接していればその界面における鏡面効果は十分に得ることができる。したがって、上部クラッド層が全面形成されている場合の上述した膜厚や、上部クラッド層がパターン状に形成されている場合の上述した膜厚および幅は、この鏡面効果に影響を及ぼさないため、上部クラッド層が不透明である場合は、これらの膜厚および幅は光の全反射に不都合がない程度であればよい。
【0099】
(基板)
本発明において、基板は支持体としての役割を担う他、外部からの応力によるコア層への影響を和らげる働きも持つ。このような働きを担う材料であれば特に限定されないが、具体的には、ソーダガラス、石英ガラス、光学ガラス、無アルカリガラス等のガラス基板およびポリカーボネート、メチルメタクリレート単重合体または共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン等のプラスチックフィルム、プラスチックシートなどを挙げることができる。
【0100】
B.光導波路の製造方法について
本発明の光導波路の製造方法は、基板を準備する工程と、上記基板上に少なくとも光触媒とバインダとを有しエネルギー照射により照射部分の濡れ性が液体との接触角が低下する方向に変化する光触媒含有層を形成する工程と、上記光触媒含有層上のコア層を形成する部位であるコア層形成部に、エネルギーをパターン照射してコア層露光部を形成する工程と、上記光触媒含有層のコア層露光部上にコア層を形成する工程と、上記光触媒含有層上に形成された上記コア層の表面を被覆するように上部クラッド層を形成するために、上記光触媒含有層上の上部クラッド層が形成される部位である上部クラッド層形成部に、エネルギーを照射して上部クラッド層露光部を形成する工程と、上記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とを有するものである。
【0101】
本発明においては、このような製造方法とすることにより、図3に図示した従来の光導波路の製造方法よりも、コア層のパターニングにかかる手間を簡略化することが可能であるという利点を有する。
【0102】
図2は、本発明の光導波路の製造方法の一例を示す工程図である。まずこの図2の各工程について説明する。
【0103】
図2の(a)に示すように、基板1を準備し、準備された基板1上に少なくとも光触媒とバインダとからなる光触媒含有層の形成材料を溶剤に溶かした塗工液を塗布し、乾燥させ光触媒含有層2を形成する(光触媒含有層形成工程)。
【0104】
次いで、上記光触媒含有層2上のコア層4を形成する部位であるコア層形成部以外にマスク6をかけ、エネルギー7がコア層形成部にのみ照射されるようにパターン照射し(図2(b))、上記パターン照射によるエネルギー照射領域であるコア層露光部3を形成する(コア層露光部形成工程)(図2(c))。
【0105】
さらに、上記光触媒含有層2のコア層露光部3上にコア層形成用材料を付着させ、乾燥させることによりコア層4を形成する(コア層形成工程)(図2(d))。
【0106】
上記光触媒含有層2上に形成された上記コア層4の表面を被覆するように上部クラッド層5を形成するため、上記光触媒含有層2上の上部クラッド層5が形成される部位である上部クラッド層形成部に、エネルギーを照射することにより(図2(f))、図2(e)に示すように、上部クラッド層露光部8が形成される(上部クラッド層露光部形成工程)。
【0107】
そして、上記上部クラッド層露光部8上に上部クラッド層形成材料を付着させ、乾燥させることによって上部クラッド層5を形成する(上部クラッド層形成工程)(図2(e))。
【0108】
以下、このような各工程について詳細に説明をする。
【0109】
(光触媒含有層形成工程)
まず、第1の工程である光触媒含有層を設ける工程について説明する。光触媒含有層形成工程とは、基板上に少なくとも光触媒とバインダとを有しエネルギー照射により照射部分の濡れ性が液体との接触角が低下する方向に変化する光触媒含有層を形成する工程である。
【0110】
この光触媒含有層の形成は、上述したような光触媒とバインダとを必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散させた塗布液を調製し、この塗布液を塗布した後、加水分解、重縮合反応を進行させてバインダ中に光触媒を強固に固定することにより形成される。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましく、塗布はスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。また、結合剤として、紫外線硬化型の成分を含有している場合には、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより、基材上に光触媒含有層を形成することができる。
【0111】
(コア層露光部形成工程)
次に第2の工程であるコア層露光部の形成工程について説明する。このコア層露光部形成工程とは、上記光触媒含有層上のコア層を形成する部位であるコア層形成部に、エネルギーをパターン照射してコア層露光部を形成する工程である。
【0112】
本発明において照射されるエネルギーとしては、光触媒含有層の濡れ性を変化させるエネルギーであればいかなるエネルギーでも使用可能であるが、中でも光を用いることが好ましい。光は制御しやすく、安全に操作することが可能であるからである。
【0113】
さらに、本発明において用いられる光触媒の触媒反応を起こさせる光の波長を考慮して選択された光を用いることが好ましい。例えば、硫化カドニウムであれば496nm、また酸化鉄であれば539nmの可視光であり、二酸化チタンであれば388nmの紫外光である。このように、用いる光触媒に対応して、光であれば可視光であれ紫外光であれ用いることができるのであるが、上述したようにバンドギャップエネルギーが高いため光触媒として有効であり、かつ化学的にも安定で毒性もなく、入手も容易といった理由から光触媒としては二酸化チタンが好適に用いられる関係上、この二酸化チタンの触媒反応を開始させる紫外光を含む光であることが好ましい。具体的には、400nm以下の範囲、好ましくは380nm以下の範囲の紫外光が含まれることが好ましい。
【0114】
このような紫外光を含む光の光源としては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ等の種々の紫外線光源を挙げることができる。また、露光に際しての光の照射量は、露光された部位が光触媒の作用により親液性を発現するのに必要な照射量とすることができる。
【0115】
エネルギーの照射に際してパターン照射が必要な場合は、上述したような光源を用い、フォトマスクを介したパターン照射により行うことができるが、他の方法として、エキシマ、YAG等のレーザーを用いてパターン状に描画照射する方法を用いることも可能である。
【0116】
なお、このコア層露光部が形成される部位等の詳細については、A.光導波路についての(コア層)の項目において、説明したとおりなのでここでの説明は省略する。
【0117】
(コア層形成工程)
次に第3の工程であるコア層形成工程について説明する。このコア層形成工程は、上記光触媒含有層のコア層露光部上にコア層を形成する工程である。
【0118】
このコア層形成工程において、コア層露光部にコア層を形成するために、コア層形成用材料をコア層露光部上に付着させる方法がとられる。この方法としてはコーティング法、吐出法、蒸着法、無電解メッキ法等があるが、この中でも塗工液を用いるコーティング法および吐出法が好ましい。
【0119】
具体的には、上記コア層形成用材料を溶剤中に分散してコア層形成用塗工液を調製し、このコア層形成用塗工液を上記コア層露光部上に塗布した後、硬化させることによりコア層を形成する方法等を挙げることができる。さらにこの塗工液を用いる方法の中でも、効率よくコア層形成用塗工液を塗布できるという観点から、ノズル吐出法が好ましい。ノズル吐出法であればコア層形成用塗工液の塗布位置が正確であり、發液性の領域に残存するコア層形成用塗工液の量を抑えることができるからである。さらにこのノズル吐出法の中でもインクジョット法が好適に用いられる。これは、量産可能であるためコスト面で有利である等の理由によるものである。
【0120】
このコア層形成用材料を溶解させる溶剤としては、コア層形成用材料が溶解可能であり、かつ光触媒含有層のエネルギー露光部とエネルギー未露光部との接触角の差が20°以上となる溶剤であれば特に限定されない。特にN−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキサノンおよびこれらを含む混合溶液が好ましい。また、結合剤として、紫外線硬化型の成分を含有している場合には、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより、光触媒含有層のコア層露光部上にコア層を形成することができる。
【0121】
(上部クラッド層露光部形成工程および上部クラッド層形成工程)
上部クラッド層露光部形成工程とは、上記光触媒含有層上に形成された上記コア層の表面を被覆するように上部クラッド層を形成するために、上記光触媒含有層上の上部クラッド層が形成される部位である上部クラッド層形成部に、エネルギーを照射して上部クラッド層露光部を形成する工程である。
【0122】
さらに上部クラッド層形成工程とは、上記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程である。
【0123】
本発明において、この上部クラッド層露光部形成工程および上部クラッド層形成工程の一連の工程は、大きく2つの実施態様に分けることができる。第1の実施態様は上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている態様である。さらに第2の実施態様は上部クラッド層が不透明である場合である。以下に両実施態様について各工程毎に説明する。
【0124】
a.第1実施態様
第1実施態様は上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されている態様である。さらにこの第1実施態様の中でも上部クラッド層の形状の違いから、
上部クラッド層がコア層を被覆するように光触媒含有層上の全面に形成されている場合
上部クラッド層がコア層の表面のみを覆うようにパターン状に形成されている場合
に分けることができる。
【0125】
以下に、第1実施態様を(1)、(2)の各場合について説明を行う。
【0126】
(1) 上部クラッド層がコア層を被覆するように光触媒含有層上の全面に形成されている場合
まず、上部クラッド層がコア層を被覆するように光触媒含有層上の全面に形成されている場合について説明を行う。
【0127】
具体的には、上記上部クラッド層露光部形成工程が、この場合においては、上記光触媒含有層の表面に対して全面にエネルギーを照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程(上部クラッド層露光部全面形成工程)となり、上記上部クラッド層形成工程が、上記上部クラッド層露光部上にコア層を被覆するように全面に、上部クラッド層を形成する工程(上部クラッド層全面形成工程)となる。
【0128】
以下に両工程ついて説明をする。
【0129】
(上部クラッド層露光部全面形成工程)
上部クラッド層露光部全面形成工程は、上記コア層形成工程により、光触媒含有層上の所望の位置にコア層が形成された上記光触媒含有層上の全面にエネルギーを照射する工程である。このエネルギー照射により上記光触媒含有層上のうち上記コア層が形成されている部位以外の表面はすべて親液性となり、この親液性領域が上部クラッド層全面露光部となる。その他エネルギー照射等に関することは、上記コア層露光部形成工程の中で説明したとおりなので、ここでの説明は省略する。
【0130】
(上部クラッド層全面形成工程)
上部クラッド層全面形成工程は、上記上部クラッド層露光部全面形成工程により形成された上部クラッド層全面露光部上に上部クラッド層形成用材料を付着させ、上記光触媒含有層上の全面に上部クラッド層を形成する工程である。
【0131】
このような上部クラッド層形成用材料を上部クラッド層全面露光部上に付着させる方法としては、コーティング法、吐出法、蒸着法、無電解メッキ法等があるが、この中でも塗工液を用いるコーティング法および吐出法が好ましい。
【0132】
具体的には、上記上部クラッド層形成用材料を溶剤中に分散して上部クラッド層形成用の塗工液を調製し、この塗工液を上記上部クラッド層全面露光部上に塗布した後、硬化させることによりコア層を形成する方法等が挙げられる。
【0133】
ここで、この上部クラッド層形成用材料を溶解させる溶剤としては、上部クラッド層形成用材料が溶解可能であり、かつ光触媒含有層のエネルギー露光部とエネルギー未露光部との接触角の差が20°以上となる溶剤であれば特に限定されない。特にN−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキサノンおよびこれらを含む混合溶液が好ましい。
【0134】
また、結合剤として、紫外線硬化型の成分を含有している場合には、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより、光触媒含有層上の全面に上部クラッド層を形成することができる。
【0135】
(2) 上部クラッド層がコア層の表面のみを覆うようにパターン状に形成されている場合
次に、上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されており、かつコア層の表面を覆うようにパターン状に上部クラッド層が形成されている場合について説明する。
【0136】
この場合、具体的には、上記上部クラッド層露光部形成工程が、上記光触媒含有層の表面に対して、上記コア層の両側部に所定の幅を持つようにエネルギーをパターン照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程(パターン状上部クラッド層露光部形成工程)となり、さらに上記上部クラッド層形成工程が、上記パターン状上部クラッド層露光部上に上記コア層を被覆するように、パターン状に上部クラッド層を形成する工程(パターン状上部クラッド層形成工程)となる。
【0137】
以下に両工程について説明する。
【0138】
(パターン状上部クラッド層露光部形成工程)
パターン状上部クラッド層露光部形成工程は、上記コア層形成工程により、所望の位置にコア層を有する上記光触媒含有層上にエネルギーをパターン照射する工程である。
【0139】
この工程は、コア層の側部から一定の幅までの領域の光触媒含有層に対し、エネルギーをパターン照射することにより、コア層の側部から一定の幅までの領域が、コア層を取り囲むように親液性領域となる。この親液性領域がパターン状上部クラッド層露光部である。その他、コア層側部から上部クラッド層側部までの幅やエネルギーの照射方法等に関しては、上述したとおりなのでここでの説明は省略する。
【0140】
(パターン状上部クラッド層形成工程)
パターン状上部クラッド層形成工程は、上記パターン状上部クラッド層露光部形成工程により形成された上記パターン状上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程である。
【0141】
このパターン状上部クラッド層形成工程においては、パターン状に上部クラッド層が形成される以外は、上記上部クラッド層全面形成工程と同様であるのでここでの詳細な説明は省略する。
【0142】
b.第2実施態様
本発明における第2実施態様は、上部クラッド層が不透明な材料で形成された態様である。
【0143】
このように、上部クラッド層が不透明な材料で形成される場合の製造方法としては、上述したようにコア層と上部クラッド層との界面が鏡面として作用する必要性があることから、具体的には、蒸着法、スパッタ法、CVD法、転写法、無電解メッキ法、溶解金属を用いたスプレーコート等によるコーティング法等を挙げることができ、中でも蒸着法による方法が好ましい。
【0144】
この場合は、コア層および上部クラッド層との界面において隙間なく金属が形成されてさえいれば、鏡面効果の作用による光の全反射が効率的に行われる。したがって、上述したように上部クラッド層が光触媒含有層上の全面に形成されている場合でも、またパターン状に形成されている場合でも、コア層と上部クラッド層との界面において隙間なく上部クラッド層が形成されてさえいれば、この鏡面効果による光の全反射は起こる。そこで鏡面効果を損なわせない程度に、上部クラッド層が不透明な場合に用いられる上述した金属を上述した方法によって形成することが好ましい。
【0145】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0146】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
【0147】
50×100mmの無アルカリガラス基板上に光触媒を含有する光触媒含有層を形成し、紫外線を開口線幅100μmのラインパターンが施されたマスクパターンを介して照射することにより、光触媒含有層上に同ラインパターンに即した濡れ性の異なるパターンを形成した。
【0148】
このパターンを有する基板のエネルギー露光部である100μmのラインパターン形成部のディスペンサー方式にて、ポリメタクリル酸メチルのN−メチル−2−ピロリドン溶液を塗布したところ、エネルギー露光部のみに溶液は付着した。これを250℃にて30分間乾燥することにより硬化させた。
【0149】
次にこの基板全体に対し紫外線露光を施し、ポリスチレンのシクロヘキサノン溶液を基板全面に塗布した。これを前述同様の乾燥方法にて硬化させることにより光損失30dB/m以下の光導波路を形成することができた。
【0150】
【発明の効果】
本発明によれば、光触媒含有層上のコア層形成部を予め親液性とし、液体との接触角の小さい親液性領域のみコア層形成用塗工液が付着することを利用して、所望の領域に精度よくコア層を作製することができるという効果を奏する。さらに本発明においては、コア層は光触媒含有層上に形成されていることから、コア層および光触媒含有層の屈折率差を調節することにより、光触媒含有層を上部クラッド層と同様の働きを担う下部クラッド層として活用することができる。したがって、別途クラッド層を形成する必要がなく、工程の簡略化が可能となり、コストを低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光導波路の一例を示す概略断面図である。
【図2】本発明の光導波路の製造方法の一例を示す工程図である。
【図3】従来の光導波路の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1 … 基板
2 … 光触媒含有層
3 … コア層露光部
4 … コア層
5 … 上部クラッド層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide that can be easily manufactured by utilizing lyophilic and lyophobic patterning of a photocatalyst-containing layer.
[0002]
[Prior art]
With the rapid spread of the Internet today, commercial deployment of optical communication systems is proceeding at a great pace. As manufacturing methods and structures of optical waveguides used for such optical communication, the following are known.
[0003]
First, a method using an inorganic material such as quartz glass, multi-component glass, or inorganic crystal can be mentioned. This method requires a considerably high manufacturing temperature in order to form a transparent glass cladding layer, and it is not suitable for commercialization because it is impossible to form a large-area optical waveguide.
[0004]
Next, the manufacturing method using a polymeric material can be mentioned. A polymer material is easy to form a thin film on a substrate by a spin coating method, a dip coating method, or the like, and is suitable for manufacturing a large-area optical waveguide. Further, since the heat treatment process at a high temperature is not included in the film formation, it is possible to form an optical waveguide even on a substrate having poor heat resistance as compared with the above-described manufacturing method using an inorganic material such as quartz glass. In addition, flexible optical waveguides can be manufactured by taking advantage of the flexibility and toughness that are the characteristics of polymer materials. Therefore, optical waveguide components such as optical integrated circuits currently used in the field of optical communications and optical wiring boards used in the field of optical information communications are manufactured in large quantities and at low cost by a manufacturing method using such a polymer material. It is expected that.
[0005]
FIG. 3 shows a manufacturing method using the above-described polymer material, specifically, a manufacturing method for manufacturing an optical waveguide composed of a core layer and a cladding layer using a photolithography method. Hereinafter, FIG. 3 will be described in the order of steps.
[0006]
As shown in FIG. 3A, a polymer material for forming the lower cladding layer 32 is applied on the substrate 31 and dried to form the lower cladding layer 32. Next, as shown in FIG. 3B, the core layer forming layer 33 is formed by applying and curing a core layer forming coating solution on the lower clad layer 32. Further, a photoresist is applied on the core layer forming layer 33 and dried to form a photoresist layer 34. Next, in order to pattern the core layer forming layer 33 into a desired core layer, a position where the core layer is patterned is covered with a photomask 35, and ultraviolet rays 36 are irradiated through the photomask 35 (FIG. 3C). The region irradiated with the ultraviolet rays 36 in the photoresist layer 34 is removed by development and washing with a photoresist developer, and the photoresist layer is formed only on the upper part of the position where the core layer is formed as shown in FIG. Will be the remaining shape. The photoresist layer having this shape is referred to as a photoresist portion 34 '. When the exposed layer 33 of the core layer forming layer 33 is removed with a core layer developer, the core layer 33 ′ having a photoresist portion 34 ′ at the top is removed as shown in FIG. Is formed. Subsequently, when the photoresist portion 34 ′ remaining on the core layer 33 ′ is stripped with a photoresist stripping solution, the core layer 33 ′ is exposed as shown in FIG. Finally, a polymer material for forming the upper cladding layer 37 is applied on the lower cladding layer 32 having the core layer 33 ′, and the upper cladding layer 37 is formed in the same manner as the lower cladding layer 32. Through these steps, an optical waveguide as shown in FIG. 3G is completed.
[0007]
However, there are some problems in the manufacturing method using the photolithography method described above. First, because there are many manufacturing processes, it takes time to manufacture, and various high-accuracy equipments are required, resulting in high costs. Second, development and cleaning performed during patterning of the core layer The problem of waste liquid treatment in the process, and thirdly, the problem of optical transmission loss due to the irregularity of the interface between the core layer and the clad layer due to the limit of the patterning accuracy of the core layer.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a higher-quality optical waveguide that is advantageous in terms of cost and is environmentally friendly as the manufacturing process is simplified. Is the main purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, as described in claim 1, the wettability changes so that the contact angle between the substrate and the liquid formed on the substrate is reduced by energy irradiation. A photocatalyst-containing layer comprising at least a photocatalyst and a binder, a core layer formed in a pattern on the photocatalyst-containing layer, and an upper clad layer formed on the photocatalyst-containing layer so as to cover the core layer An optical waveguide characterized by the above is provided.
[0010]
If a photocatalyst containing layer that changes wettability is formed so that the contact angle with the liquid is reduced by energy irradiation, the wettability of the irradiated part is easily changed by performing energy pattern irradiation, and the liquid and The lyophilic region having a small contact angle can be obtained. Therefore, in the present invention, by utilizing such a method, the core layer forming part on the photocatalyst-containing layer is made lyophilic in advance, and only the lyophilic region having a small contact angle with the liquid is coated for forming the core layer. By utilizing the adhesion of the liquid, it is easy to accurately produce the core layer in a desired region. Furthermore, in the present invention, since the core layer is formed on the photocatalyst-containing layer, the photocatalyst-containing layer has the same function as the upper cladding layer by adjusting the refractive index difference between the core layer and the photocatalyst-containing layer. It can be used as a lower cladding layer. Therefore, it is not necessary to form a separate cladding layer, the process can be simplified, and the cost can be reduced.
[0011]
In the invention described in claim 1, as described in claim 2, the upper cladding layer is preferably formed in a pattern on the photocatalyst-containing layer. In this way, by forming the upper clad layer in a pattern, a complicated optical wiring is provided on the planar substrate, and a planar optical waveguide having optical interconnection functions such as branching, switching, and connection can be obtained with low loss. This is because it has an advantage that it can be easily manufactured.
[0012]
In the invention described in the first or second aspect, as described in the third aspect, the contact angle with the liquid having a surface tension of 40 mN / m on the photocatalyst containing layer is not irradiated with energy. Is preferably 10 degrees or more, and is preferably less than 10 degrees in the portion irradiated with energy.
[0013]
Since the portion not irradiated with energy is a portion that requires liquid repellency, when the contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m is less than 10 degrees, the liquid repellency is not sufficient, Since there is a possibility that the coating material for forming the core layer may remain, it is not preferable. Further, when the contact angle with the liquid with a surface tension of 40 mN / m in the portion irradiated with energy is 10 degrees or more, the spread of the coating material for forming the core layer in this portion may be inferior, and accurate patterning is performed. This is because it becomes difficult.
[0014]
In the invention described in any one of claims 1 to 3, as described in claim 4, a difference in refractive index between the photocatalyst-containing layer and the core layer is 0.03. The above is preferable. This is because if the difference in refractive index is smaller than the above range, it becomes difficult to guide light well in the core layer. Further, as described above, if there is a difference in refractive index within the above range, the photocatalyst-containing layer can be sufficiently utilized as a lower clad layer that performs the same function as the upper clad layer.
[0015]
In the invention described in any one of claims 1 to 4, when the upper cladding layer is formed of a transparent material as described in claim 5, The refractive index difference between the upper cladding layer and the core layer is preferably 0.03 or more. This is because when the refractive index difference between the upper cladding layer and the core layer is at least the above-mentioned range, the absorption loss of light from the core layer to the upper cladding layer can be suppressed.
[0016]
In the invention described in any one of claims 1 to 4, as described in claim 6, when the upper cladding layer is opaque, the upper cladding layer and the core layer It is preferable that the interface is made of a metal that acts as a mirror surface. By using a metal in which the interface between the opaque upper cladding layer and the core layer acts as a mirror surface in this way, an optical waveguide in which all the light from the core layer to the upper cladding layer is reflected and the loss of light is suppressed to the maximum extent is obtained. This is because it can be manufactured.
[0017]
In the invention described in any one of claims 1 to 6, as described in claim 7, the photocatalyst-containing layer contains fluorine, and the photocatalyst-containing layer is irradiated with energy. In this case, it is preferable that the photocatalyst-containing layer is formed so that the fluorine content on the surface of the photocatalyst-containing layer is lowered by the action of the photocatalyst as compared with that before energy irradiation.
[0018]
Thus, since the optical waveguide of the present invention is configured so that the fluorine content in the energy irradiation region of the photocatalyst-containing layer is reduced, the pattern is irradiated with the energy to reduce the fluorine content from the region. Pattern can be formed. When the fluorine content decreases, the region becomes a region having higher lyophilicity than other portions, so that only the portion where the core layer is formed can be easily made a lyophilic region. This is because the core layer can be formed only by applying the core layer forming coating solution to the liquid region.
[0019]
In the invention described in claims 1 to 7, as described in claim 8, the photocatalyst is titanium oxide (TiO 2).2), Zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO)2), Strontium titanate (SrTiO)3), Tungsten oxide (WO3), Bismuth oxide (Bi2O3), And iron oxide (Fe2O3It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types of substances selected from these. Among them, as described in claim 9, titanium oxide (TiO2) Is preferable. This is because titanium oxide is effective as a photocatalyst because of its high band gap energy, is chemically stable, has no toxicity, and is readily available.
[0020]
In the invention described in claims 1 to 9, as described in claim 10, the binder is YnSiX(4-n)Wherein Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group or a halogen, and n is an integer from 0 to 3. It is preferable that it is the organopolysiloxane which is a 1 type, or 2 or more types of hydrolyzed condensate or cohydrolyzed condensate of the silicon compound. This is because by using such an organopolysiloxane, the photocatalyst can be strongly retained in the photocatalyst-containing layer even when energy is irradiated.
[0021]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a process for preparing a substrate, and at least a photocatalyst and a binder are provided on the substrate, and the wettability of the irradiated portion is liquid by energy irradiation. A step of forming a photocatalyst-containing layer that changes in a direction in which the contact angle with the core decreases, and a core layer exposure part by irradiating the core layer forming part, which is a part for forming the core layer on the photocatalyst-containing layer, with a pattern Forming a core layer on the exposed portion of the core layer of the photocatalyst-containing layer, and forming an upper clad layer so as to cover the surface of the core layer formed on the photocatalyst-containing layer Therefore, a step of irradiating the upper clad layer forming part, which is a part where the upper clad layer on the photocatalyst-containing layer is formed, irradiating energy to form an upper clad layer exposed part, and the upper clad layer To provide a manufacturing method of the optical waveguide, characterized in that a step of forming an upper cladding layer on the optical unit.
[0022]
Comparing the optical waveguide manufacturing method according to the present invention with the above-described conventional optical waveguide manufacturing method shown in FIG. 3, first, the extra portions shown in FIGS. 3D to 3E The step of removing the core layer forming layer can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. Further, in the present invention, the series of steps shown in FIGS. 3 (c) to 3 (f) irradiates the photocatalyst-containing layer with energy according to the pattern of the core layer to form a core layer exposed portion, By simply applying the coating solution for forming the core layer to the region, it is possible to expect a dramatic improvement in production efficiency. Further, in this series of steps shown in FIG. 3, there is an advantage that it is possible to solve the problem of the waste liquid generated when developing and washing the photoresist layer for patterning the core layer forming layer into a desired shape. It is done.
[0023]
In the invention described in claim 11, as described in claim 12, a step of forming an upper cladding layer exposed portion by the energy irradiation, and an upper cladding layer is formed on the upper cladding layer exposed portion. Forming a top clad layer exposure part by pattern irradiating the surface of the photocatalyst-containing layer with energy so as to have a predetermined width on both sides of the core layer; and the top clad layer And a step of forming an upper clad layer so as to cover the core layer on the exposed portion.
[0024]
Thereby, it is possible to form an upper clad layer that covers the core layer surface and is arranged in a pattern. As described above, by forming the upper cladding layer in a pattern, a complicated optical wiring is applied on the planar substrate, and a planar optical waveguide having optical interconnection functions such as branching, switching, and connection can be reduced in a low loss. This is because it has the advantage of being easily manufactured.
[0025]
In the invention described in claim 11, as described in claim 13, a step of forming an upper clad layer exposed portion by the energy irradiation, and an upper clad layer is formed on the upper clad layer exposed portion. Irradiating the entire surface of the photocatalyst-containing layer with energy to form an upper clad layer exposed portion, and an upper clad layer so as to cover a core layer on the upper clad layer exposed portion. It is preferable to have the process of forming. This is because the formation of the upper cladding layer on the entire surface of the photocatalyst-containing layer can be easily performed in the manufacturing process.
[0026]
In the invention described in any one of claims 11 to 13, as described in claim 14, the contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m on the photocatalyst-containing layer is It is preferable that the angle is not less than 10 degrees in the portion not irradiated with energy and less than 10 degrees in the portion irradiated with energy.
[0027]
As described above, the portion that is not irradiated with energy is a portion that requires liquid repellency. Therefore, when the contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m is less than 10 degrees, liquid repellency is obtained. Is not sufficient, and there is a possibility that the coating material for forming the core layer may remain. Further, when the contact angle with the liquid with a surface tension of 40 mN / m in the portion irradiated with energy is 10 degrees or more, the spread of the coating material for forming the core layer in this portion may be inferior, and accurate patterning is performed. This is because it becomes difficult.
[0028]
In the invention described in any one of claims 11 to 14, as described in claim 15, a core layer formed in a pattern on the photocatalyst-containing layer is a core. A core layer formed by applying a layer forming coating solution is preferred. In particular, it is preferable that the step of applying the core layer forming coating solution to form the core layer is applied by a nozzle discharge method. By applying by the nozzle discharge method, it becomes possible to efficiently apply the coating liquid for forming the core layer. In addition, the application position of the coating liquid for forming the core layer is accurate, and it is possible to suppress the amount of the coating liquid for forming the core layer that remains in the liquid-repellent region. This is because optical transmission loss due to interface irregularity at the interface between the layer and the upper cladding layer can be prevented.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, an optical waveguide will be described, and then a method for manufacturing the optical waveguide will be described.
[0030]
A. About optical waveguide
The optical waveguide of the present invention comprises a substrate, a photocatalyst-containing layer comprising at least a photocatalyst and a binder, wherein the wettability is changed so that a contact angle with a liquid is reduced by energy irradiation, and the photocatalyst is formed on the substrate. It has a core layer formed in a pattern on the containing layer and an upper clad layer formed on the photocatalyst containing layer so as to cover the core layer.
[0031]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an optical waveguide according to the present invention. The optical waveguide shown in FIG. 1 is provided in the photocatalyst-containing layer 2 formed on the substrate 1, the core layer exposure unit 3 that is an energy irradiation region on the photocatalyst-containing layer 2, and the core layer exposure unit 3. The core layer 4 formed in a pattern on the photocatalyst containing layer 2 and the upper clad layer 5 formed on the photocatalyst containing layer 2 so as to cover the core layer 4. The upper clad layer 5 shown in FIG. 1 is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer 2, but may be an upper clad layer formed in a pattern so as to cover only the surface of the core layer 4. .
[0032]
The optical waveguide plays a role of transmitting various information converted into light to other devices by light guiding in the core layer. Therefore, how to make an optical waveguide with a small optical transmission loss is an important factor. As a cause of this optical transmission loss, an interface irregularity due to the fact that the shape at the interface between the core layer and the clad layer is not uniformly arranged can be mentioned. In the present invention, by utilizing the lyophilic and lyophobic pattern of the photocatalyst-containing layer, the interface irregularity is caused by attaching a core layer-forming coating solution exhibiting good adhesion to the lyophilic region. Since it is possible to prevent the formation of a core layer having a desired shape, it is possible to manufacture an optical waveguide with high accuracy. Hereinafter, the optical waveguide of the present invention will be described in detail for each configuration.
[0033]
(Photocatalyst containing layer)
In the optical waveguide of the present invention, the contact angle with the liquid is lowered by exposure (in the present invention, not only light is irradiated but also energy is irradiated). It is possible to form a pattern of a lyophilic region having a small contact angle with a liquid by providing a photocatalyst-containing layer that changes in wettability, and easily changing the wettability by performing energy pattern irradiation or the like on the layer. . As a result, only the region where the core layer is formed can be easily made a lyophilic region. Further, the photocatalyst-containing layer can be used as a lower clad layer having the same function as the upper clad layer by adjusting the difference in refractive index between the core layer and the photocatalyst-containing layer. As a result, an optical waveguide having an efficient manufacturing process and advantageous in terms of cost can be easily obtained. In this case, light containing ultraviolet light is usually used as energy.
[0034]
Here, the lyophilic region is a region having a small contact angle with the liquid, and refers to a region having good wettability with respect to the coating solution for forming the core layer. Further, the liquid repellent region is a region having a large contact angle with the liquid and means a region having poor wettability with respect to the coating liquid for forming the core layer.
[0035]
In the unexposed portion, the photocatalyst-containing layer has a contact angle with a liquid with a surface tension of 40 mN / m of 10 degrees or more, preferably a contact angle with a liquid with a surface tension of 30 mN / m of 10 degrees or more, particularly a surface The contact angle with a liquid having a tension of 20 mN / m is preferably 10 degrees or more. This is because the unexposed part is a part that requires liquid repellency in the present invention. Therefore, when the contact angle with the liquid is small, the liquid repellency is not sufficient and the core layer forming coating is not. This is because the remaining of the working fluid or the like in the liquid repellent region may cause problems such as difficulty in making the shape of the side portion of the core layer and the like into a good state.
[0036]
In addition, the photocatalyst-containing layer has a contact angle with a liquid that decreases when exposed to light, and a contact angle with a liquid with a surface tension of 40 mN / m is less than 10 degrees, preferably a liquid with a surface tension of 50 mN / m. It is preferable that the layer has a contact angle with a liquid of 10 degrees or less, particularly a surface tension of 60 mN / m, of 10 degrees or less. This is because if the contact angle of the exposed portion with the liquid is high, the spread of the coating liquid for forming the core layer in this portion may be inferior, and accurate patterning becomes difficult.
[0037]
In addition, the contact angle with the liquid here is measured using a contact angle measuring instrument (Kyowa Interface Science Co., Ltd. CA-Z type) with a liquid having various surface tensions (from the microsyringe to the liquid. 30 seconds after dropping), and the result was obtained or the result was graphed. In this measurement, as a liquid having various surface tensions, a wetness index standard solution manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd. can be used.
[0038]
By the way, the core layer of the optical waveguide is required to have a higher refractive index than other layers in contact therewith. The other layer in contact with the core layer is usually called a clad layer, and in the present invention, the upper clad layer and the photocatalyst-containing layer correspond to this clad layer. That is, in the present invention, the photocatalyst containing layer can be used as a clad layer. In the present invention, the photocatalyst containing layer may be a lower clad layer to distinguish it from the upper clad layer.
[0039]
Thus, in order to function as a clad layer, in the present invention, the refractive index of the photocatalyst-containing layer is in the range of 1.1 to 1.7, preferably in the range of 1.1 to 1.5. It is preferable.
[0040]
The difference in refractive index between the photocatalyst-containing layer and the core layer is preferably 0.03 or more, particularly 0.05 or more, and particularly preferably 0.1 or more. In general, in an optical waveguide, a cladding layer is a layer whose main purpose is to reflect light guided in the core layer. That is, this layer has a function of preventing absorption loss caused by light guided in the core layer being absorbed by the material constituting the cladding layer. In order to exert such an effect, it is necessary to make the refractive index of the core layer higher than the refractive index of the cladding layer. Therefore, in the present invention, the photocatalyst-containing layer functions sufficiently as a cladding layer by setting the difference in refractive index between the photocatalyst-containing layer and the core layer within the above range.
[0041]
The photocatalyst-containing layer of the present invention is preferably composed of at least a photocatalyst and a binder. By using such a layer, it is possible to change the chemical structure of the binder from the action of the photocatalyst due to energy irradiation, thereby increasing the critical surface tension of the energy irradiated part and reducing the contact angle with the liquid. Can do it.
[0042]
In such a photocatalyst-containing layer, the action mechanism of a photocatalyst represented by titanium oxide as described later is not necessarily clear, but a carrier generated by irradiation with light or the like directly reacts with a nearby compound, Alternatively, it is considered that the active oxygen species generated in the presence of oxygen and water change the chemical structure of the organic matter.
[0043]
In the present invention, the photocatalyst is used to lyophilic by changing the wettability of the exposed area using the action of oxidation, decomposition, etc. of the organic groups and additives that are part of the binder, and wetting with the non-exposed area. It can make a big difference in sex. Therefore, by improving the acceptability (lyophilicity) and the repellent property (liquid repellency) with the coating liquid for forming the core layer, it is possible to obtain an optical waveguide having good quality and advantageous in terms of cost.
[0044]
Further, when such a photocatalyst containing layer is used in the present invention, the photocatalyst containing layer contains at least a photocatalyst and fluorine, and the fluorine content on the surface of the photocatalyst containing layer irradiates the photocatalyst containing layer with energy. In this case, the photocatalyst-containing layer may be formed so as to be lower than that before energy irradiation due to the action of the photocatalyst.
[0045]
In the photocatalyst-containing layer having such characteristics, it is possible to easily form a pattern composed of a portion having a small fluorine content by pattern irradiation with energy. Here, fluorine has an extremely low surface energy. Therefore, the surface of a substance containing a large amount of fluorine has a smaller critical surface tension. Therefore, the critical surface tension of the portion having a small fluorine content is larger than the critical surface tension of the surface of the portion having a large fluorine content. This means that the portion with a low fluorine content is a lyophilic region compared to the portion with a high fluorine content. Therefore, forming a pattern composed of a portion having a lower fluorine content than the surrounding surface forms a pattern of a lyophilic region in the liquid repellent region.
[0046]
Therefore, when such a photocatalyst-containing layer is used, the pattern of the lyophilic region can be easily formed in the lyophobic region by irradiating the pattern with energy. Thus, it is possible to easily form the core layer, and it is possible to obtain an optical waveguide with good quality.
[0047]
As described above, the fluorine content contained in the fluorine-containing photocatalyst containing layer is a portion where the fluorine content in the lyophilic region having a low fluorine content formed by energy irradiation is not irradiated with energy. When the fluorine content is 100, it is preferably 10 or less, preferably 5 or less, particularly preferably 1 or less.
[0048]
By setting it within such a range, it is possible to make a large difference in lyophilicity between the energy-irradiated portion and the unirradiated portion. Therefore, by forming the core layer on such a photocatalyst-containing layer, it becomes possible to form the core layer accurately only in the lyophilic region having a reduced fluorine content, and to obtain a highly accurate optical waveguide. Because you can. This rate of decrease is based on weight.
[0049]
For the measurement of the fluorine content in the photocatalyst-containing layer, various commonly used methods can be used. For example, X-ray photoelectron spectroscopy (ES-ray photoelectron spectroscopy, ESCA) for Chemical Analysis)), and any method that can quantitatively measure the amount of fluorine on the surface, such as X-ray fluorescence analysis and mass spectrometry, is not particularly limited.
[0050]
Examples of the photocatalyst used in the present invention include titanium oxide (TiO 2), which is known as an optical semiconductor.2), Zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO)2), Strontium titanate (SrTiO)3), Tungsten oxide (WO3), Bismuth oxide (Bi2O3), And iron oxide (Fe2O31) or a mixture of two or more selected from these.
[0051]
In the present invention, titanium oxide is particularly preferably used because it has a high band gap energy, is chemically stable, has no toxicity, and is easily available. Titanium oxide includes anatase type and rutile type, and both can be used in the present invention, but anatase type titanium oxide is preferable. Anatase type titanium oxide has an excitation wavelength of 380 nm or less.
[0052]
Examples of such anatase-type titanium oxide include hydrochloric acid peptizer-type anatase-type titania sol (STS-02 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. (average particle size 7 nm), ST-K01 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), nitric acid solution An anatase type titania sol (TA-15 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. (average particle size 12 nm)) and the like can be mentioned.
[0053]
The smaller the particle size of the photocatalyst, the more effective the photocatalytic reaction occurs. The average particle size is preferably 50 nm or less, and it is particularly preferable to use a photocatalyst of 20 nm or less. Further, the smaller the particle size of the photocatalyst, the smaller the surface roughness of the formed photocatalyst-containing layer, which is preferable. When the particle size of the photocatalyst exceeds 100 nm, the centerline average surface roughness of the photocatalyst-containing layer becomes coarse, and the photocatalyst The liquid repellency of the non-exposed part of the containing layer is lowered, and the lyophilic expression of the exposed part becomes insufficient.
[0054]
In the present invention, as described above, the surface of the photocatalyst containing layer is made to contain fluorine, and the surface of the photocatalyst containing layer is irradiated with energy to reduce the fluorine content on the surface of the photocatalyst containing layer. An optical waveguide obtained by forming a pattern of a lyophilic region therein and forming a core layer therein may be used. Even in this case, it is preferable to use titanium dioxide as described above as the photocatalyst. However, when titanium dioxide is used in this way, the fluorine content contained in the photocatalyst-containing layer is X-ray photoelectron. When analyzed and quantified by spectroscopy, when the titanium (Ti) element is defined as 100, the fluorine (F) element is in a ratio of 500 or more, preferably 800 or more, particularly preferably 1200 or more. It is preferable that the element is contained on the surface of the photocatalyst containing layer.
[0055]
Fluorine (F) is included in the photocatalyst-containing layer to such an extent that the critical surface tension on the photocatalyst-containing layer can be sufficiently lowered, so that the liquid repellency on the surface can be secured, thereby irradiating energy with the pattern This is because the difference in wettability with the lyophilic region on the surface in the pattern portion where the fluorine content is reduced can be increased, and the quality of the finally obtained optical waveguide can be improved.
[0056]
Further, in such an optical waveguide, the fluorine content in the lyophilic region formed by pattern irradiation of energy is 50 or less, preferably when the titanium (Ti) element is 100. Is preferably contained in a ratio of 20 or less, particularly preferably 10 or less.
[0057]
If the fluorine content in the photocatalyst-containing layer can be reduced to this extent, sufficient lyophilicity can be obtained to form the core layer, etc., and the liquid repellency of the part that has not been irradiated with the above energy The core layer and the like can be formed with high accuracy due to the difference in wettability with respect to, and an optical waveguide with good quality can be obtained.
[0058]
In the present invention, the binder used in the photocatalyst-containing layer preferably has a high binding energy such that the main skeleton is not decomposed by the photoexcitation of the photocatalyst. Examples include organopolysiloxanes that exhibit high strength by hydrolysis and polycondensation, and (2) organopolysiloxanes that are crosslinked with reactive silicones that are excellent in water repellency and oil repellency.
[0059]
In the case of (1) above, the general formula:
YnSiX(4-n)
(Here, Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group, an acetyl group or a halogen. N is an integer from 0 to 3. )
It is preferable that it is the organopolysiloxane which is a 1 type, or 2 or more types of hydrolysis condensate or cohydrolysis condensate of the silicon compound shown by these. Here, the number of carbon atoms of the group represented by Y is preferably in the range of 1 to 20, and the alkoxy group represented by X is a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, or a butoxy group. preferable.
[0060]
As the binder, polysiloxane containing a fluoroalkyl group can be particularly preferably used. Specifically, one or more of the following hydrocondensation condensates and cohydrolysis condensates of fluoroalkylsilanes can be used. In general, those known as fluorine-based silane coupling agents can be used.
[0061]
CF3(CF2)3CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)4CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)6CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)8CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)6CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)8CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
CF3(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7SO2N (C2H5) C2H4CH2Si (OCH3)3
[0062]
This is because the liquid repellency of the non-exposed portion of the photocatalyst containing layer can be greatly improved by using the above-described polysiloxane containing a fluoroalkyl group as a binder.
[0063]
Examples of the reactive silicone (2) include compounds having a skeleton represented by the following general formula.
[0064]
[Chemical 1]
Figure 0003786858
[0065]
However, n is an integer greater than or equal to 2, R1, R2Each represents a substituted or unsubstituted alkyl, alkenyl, aryl or cyanoalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 40% or less of the total is vinyl, phenyl or phenyl halide in a molar ratio. R1, R2Is preferably a methyl group because the surface energy becomes the smallest, and the methyl group is preferably 60% or more by molar ratio. In addition, the chain end or side chain has at least one reactive group such as a hydroxyl group in the molecular chain.
[0066]
In addition to the above organopolysiloxane, a stable organosilicon compound that does not undergo a crosslinking reaction, such as dimethylpolysiloxane, may be mixed in the binder.
[0067]
In the optical waveguide of the present invention, various binders such as organopolysiloxane can be used in the photocatalyst-containing layer. In the present invention, as described above, fluorine is contained in the photocatalyst containing layer containing such a binder and photocatalyst, and the fluorine on the surface of the photocatalyst containing layer is reduced by irradiating energy in a pattern, thereby reducing the liquid repellent region. A lyophilic region may be formed inside. At this time, it is necessary to contain fluorine in the photocatalyst-containing layer. As a method of incorporating fluorine into the photocatalyst-containing layer containing such a binder, a fluorine compound is relatively used for a binder having a high binding energy. Examples thereof include a method of bonding with weak binding energy and a method of mixing a fluorine compound bonded with relatively weak binding energy into the photocatalyst containing layer. By introducing fluorine by such a method, when energy is irradiated, a fluorine bonding site having a relatively low binding energy is first decomposed, and thus fluorine can be removed from the photocatalyst containing layer. is there.
[0068]
Examples of the first method, that is, a method of bonding a fluorine compound with a relatively weak binding energy to a binder having a high binding energy include a method of introducing a fluoroalkyl group as a substituent into the organopolysiloxane. be able to.
[0069]
For example, as described in (1) above, as a method for obtaining an organopolysiloxane, an organopolysiloxane exhibiting high strength can be obtained by hydrolyzing and polycondensing chloro or alkoxysilane, etc. by sol-gel reaction or the like. . Here, in this method, as described above, the above general formula:
YnSiX(4-n)
(Here, Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group, an acetyl group or a halogen. N is an integer from 0 to 3. )
An organopolysiloxane is obtained by hydrolyzing or co-hydrolyzing and condensing one or two or more of the silicon compounds represented by formula (1). In this general formula, silicon having a fluoroalkyl group as the substituent Y By synthesizing using a compound, an organopolysiloxane having a fluoroalkyl group as a substituent can be obtained. When an organopolysiloxane having such a fluoroalkyl group as a substituent is used as a binder, the carbon bond portion of the fluoroalkyl group is decomposed by the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer when irradiated with energy. Therefore, the fluorine content in the portion where the photocatalyst-containing layer surface is irradiated with energy can be reduced.
[0070]
The silicon compound having a fluoroalkyl group used at this time is not particularly limited as long as it has a fluoroalkyl group, but has at least one fluoroalkyl group, and the carbon number of the fluoroalkyl group A silicon compound in which is 4 to 30, preferably 6 to 20, particularly preferably 6 to 16, is preferably used. Specific examples of such a silicon compound are as described above, and among these, the above silicon compound having a fluoroalkyl group having 6 to 8 carbon atoms, that is, a fluoroalkylsilane is preferable.
[0071]
In the present invention, such a silicon compound having a fluoroalkyl group may be used in combination with the above-mentioned silicon compound having no fluoroalkyl group, and these cohydrolyzed condensates may be used as the organopolysiloxane. In addition, one or two or more silicon compounds having such a fluoroalkyl group may be used, and these hydrolyzed condensates and cohydrolyzed condensates may be used as the organopolysiloxane.
[0072]
In the organopolysiloxane having a fluoroalkyl group thus obtained, among the silicon compounds constituting the organopolysiloxane, the silicon compound having the fluoroalkyl group is 0.01 mol% or more, preferably 0.1%. It is preferable that it is contained in mol% or more.
[0073]
By including this degree of fluoroalkyl group, the liquid repellency on the photocatalyst-containing layer can be increased, and the difference in wettability with the portion that has been made lyophilic by irradiation with energy can be increased. Because.
[0074]
Further, in the method shown in (2) above, an organopolysiloxane is obtained by crosslinking a reactive silicone excellent in water repellency and oil repellency. In this case as well, R in the above general formula is similarly used.1, R2By making either or both of them a fluorine-containing substituent such as a fluoroalkyl group, it is possible to include fluorine in the photocatalyst-containing layer, and when it is irradiated with energy, it is bonded from a siloxane bond. Since the portion of the fluoroalkyl group having a small energy is decomposed, the content of fluorine on the surface of the photocatalyst-containing layer can be reduced by energy irradiation.
[0075]
On the other hand, as a method for introducing a fluorine compound bonded with energy lower than the binding energy of the binder, for example, when introducing a low molecular weight fluorine compound, for example, a fluorine-based surfactant is mixed. Examples of the method of introducing a high molecular weight fluorine compound include a method of mixing a fluorine resin having high compatibility with the binder resin.
[0076]
In the present invention, the photocatalyst-containing layer can contain a surfactant in addition to the above-mentioned photocatalyst and binder. Specifically, hydrocarbons such as NIKKOLBL, BC, BO, BB series manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd., ZONYL FSN, FSO manufactured by DuPont, Surflon S-141, 145 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Dainippon Ink Chemical industry Co., Ltd. Megafax F-141, 144, Neos Co., Ltd., Fategent F-200, F251, Daikin Industries Co., Ltd. Unidyne DS-401, 402, 3M Co., Ltd. Fluorado FC-170, Fluorine-based or silicone-based nonionic surfactants such as 176 can be mentioned, and cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants can also be used.
[0077]
In addition to the above surfactants, the photocatalyst-containing layer includes polyvinyl alcohol, unsaturated polyester, acrylic resin, polyethylene, diallyl phthalate, ethylene propylene diene monomer, epoxy resin, phenol resin, polyurethane, melamine resin, polycarbonate, Polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, styrene butadiene rubber, chloroprene rubber, polypropylene, polybutylene, polystyrene, polyvinyl acetate, polyester, polybutadiene, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, epichlorohydrin, polysulfide, polyisoprene, oligomers, polymers, etc. It can be included.
[0078]
The content of the photocatalyst in the photocatalyst containing layer can be set in the range of 5 to 60% by weight, preferably 20 to 40% by weight. The thickness of the photocatalyst-containing layer is preferably in the range of 0.1 to 1 μm, particularly preferably in the range of 0.1 to 0.5 μm, because the photocatalyst-containing layer acts as the lower cladding layer.
[0079]
The photocatalyst-containing layer can be formed by dispersing a photocatalyst and a binder in a solvent together with other additives as necessary to prepare a coating solution, and applying the coating solution. As the solvent to be used, alcohol-based organic solvents such as ethanol and isopropanol are preferable. The application can be performed by a known application method such as spin coating, spray coating, dip coating, roll coating, or bead coating. When an ultraviolet curable component is contained as a binder, the photocatalyst-containing layer can be formed by irradiating with ultraviolet rays and performing a curing treatment.
[0080]
(Core layer)
In general, in an optical waveguide, the core layer is required to have a refractive index higher than that of the cladding layer covering the periphery of the core layer because light is transmitted through the core layer. Furthermore, since the light guided through the core layer is transmitted without delay, it is preferable that the peripheral portion of the core layer has a well-shaped shape. This is because the peripheral portion of the core layer is in a well-defined shape, so that it is possible to prevent optical transmission loss due to an incomplete interface between the core layer and the upper cladding layer in contact with the core layer.
[0081]
In the present invention, the upper clad layer and the photocatalyst-containing layer correspond to the clad layer of the general optical waveguide described above. Therefore, the core layer needs to have a higher refractive index than both layers. The refractive index of the core layer in the present invention can be easily adjusted by changing the core layer forming material to be deposited on the photocatalyst-containing layer. The core layer can have a refractive index suitable for the above.
[0082]
Furthermore, in the present invention, the core layer is formed by utilizing the difference in lyophilic and water-repellent wettability generated by energy irradiation on the photocatalyst-containing layer. In other words, the core layer forming material for forming the core layer has a marked difference in adhesion to the lyophilic region and the water-repellent region. By utilizing this property, the core layer forming material is used only in the lyophilic region. It is possible to deposit material. Therefore, since the peripheral portion of the core layer has a well-defined shape, it is possible to prevent an optical transmission loss due to an incomplete interface between the core layer and the upper cladding layer in contact with the core layer.
[0083]
Examples of the material for forming such a core layer include polyimide, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, and silicon oxide. These materials are selected from various coating methods such as spin coating method and dip coating method, nozzle ejection methods such as ink jet method, vapor deposition method and electroless plating method according to the characteristics of the material to form the core layer. Further, the refractive index can be controlled by the type of material to be selected and the mixing ratio.
[0084]
In addition, in the optical waveguide, it is necessary to make the refractive index of the core layer higher than the refractive index of the cladding layer covering the surface in order to keep the light guided in the core layer well. In the present invention, the refractive index of the core layer is preferably in the range of 1.1 to 1.7, preferably in the range of 1.4 to 1.7. Furthermore, when the upper clad layer covering the surface of the core layer is formed of a material having transparency, the refractive index difference from the core layer is preferably 0.03 or more, particularly 0.05 or more. By making the difference in refractive index between the core layer and the upper clad layer within the above range and the difference in refractive index between the photocatalyst containing layer and the core layer covering the lower part of the core layer within the above range, optical transmission loss is small. An optical waveguide can be manufactured.
[0085]
Here, the shape of the core layer is usually determined in consideration of the mode of light guided in the core layer. Since the infrared light is generally used as the guided light, the film thickness from the top to the bottom of the core layer is preferably in the range of 0.8 to 300 μm, and preferably in the range of 1 to 100 μm. Further, the width of the bottom of the core layer is preferably in the range of 0.8 to 300 μm, preferably in the range of 1 to 100 μm. This is because, by setting the core layer within the above range, light can be guided through the core layer without delay, and an optical waveguide with good efficiency can be obtained.
[0086]
(Upper cladding layer)
In the present invention, the upper cladding layer 5 is formed so as to cover the surface of the core layer 4 as shown in FIG. The upper clad layer 5 shown in FIG. 1 is formed on the entire surface of the photocatalyst-containing layer 2, but may be an upper clad layer formed in a pattern so as to cover the surface of the core layer. Also, the role of the cladding layer in the optical waveguide is to reduce the optical transmission loss of the optical waveguide, to prevent adverse effects due to external stress, etc., and to cut the end face of the optical waveguide and polish the end face For example, it is possible to perform precision machining.
[0087]
In the present invention, the upper clad layer may be in any form of being formed of a transparent material and opaque.
[0088]
First, the case where the upper cladding layer is formed of a transparent material will be described.
[0089]
Examples of the material used when the upper clad layer is made of a transparent material include, for example, silicon resin, polymethacrylate resin, polycarbonate resin, silicon oxide, UV curable epoxy resin, epoxy resin, fluorinated polyimide, Examples thereof include polyimide, polycarbonate-MMA, deuterated polyfluoromethacrylate and the like.
[0090]
These materials can be attached by, for example, a vapor deposition method, but are preferably applied by various coating methods such as spin coating, spray coating, dip coating, roll coating, bead coating, and ejection methods such as inkjet. The upper clad layer is formed by applying the above material as a liquid. In addition, since the refractive index can be easily changed depending on the type of material to be selected and the mixing ratio of the materials, it is possible to form an upper cladding layer in which the refractive index difference is controlled according to the refractive index of the core layer.
[0091]
In the present invention, the refractive index of the upper cladding layer is preferably in the range of 1.1 to 1.7, and preferably in the range of 1.4 to 1.7. This is because by setting the upper clad layer within the above range, it is possible to effectively prevent absorption loss, which is one factor of optical transmission loss.
[0092]
Further, the difference in refractive index between the upper cladding layer and the core layer is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more. This is because if the refractive index of the core layer is higher than the refractive index of the upper cladding layer within the above range, an optical transmission loss due to an absorption loss can be efficiently prevented and an optical waveguide having a good transmission efficiency can be manufactured.
[0093]
By the way, as described above, in the present invention, the shape of the upper clad layer may be formed on the entire surface of the photocatalyst-containing layer, or may be formed in a pattern so as to cover the core layer surface. is there.
[0094]
As shown in FIG. 1, when the upper clad layer is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer, there is an advantage that it is relatively easy to manufacture. Furthermore, when the upper cladding layer is formed on the entire surface of the photocatalyst-containing layer and has transparency, the thickness of the upper cladding layer from the top of the core layer to the surface of the upper cladding layer is in the range of 0.5 to 300 μm. Among them, it is particularly preferable that the thickness is in the range of 1 to 100 μm. This is because when the film thickness is thinner than the above range, the loss of light guided through the core layer is remarkably increased, and the film does not function as an optical waveguide.
[0095]
On the other hand, the upper clad layer may be formed in a pattern so as to cover the core layer on the photocatalyst containing layer. By forming the upper clad layer in a pattern in this way, a complicated optical wiring is applied on the planar substrate, and a planar optical waveguide having an optical interconnection function such as branching, switching, and connection is obtained with low loss. This is because it has an advantage that it can be easily manufactured.
[0096]
Furthermore, when the upper cladding layer is formed in a pattern and made of a material having transparency, the thickness of the upper cladding layer from the top of the core layer to the top of the upper cladding layer is 0.5 to 300 μm. Within the range, in particular, the range of 1 to 100 μm is particularly preferable. In this case, the upper cladding layer is formed to have a predetermined width on both sides of the core layer, and the width of the upper cladding layer from the side of the core layer to the side of the upper cladding layer is 0.5 to 300 μm. It is preferable that it is in the range of 1-100 micrometers especially among these. If the upper clad layer is formed with a film thickness and width within the above range, the light guided in the core layer is reflected, the core layer is protected from dust and dirt from the surface, external stress, etc. This is because the function as a clad layer that prevents the influence from the above can be sufficiently exhibited.
[0097]
Next, the case where the upper cladding layer is opaque will be described. In this case, the interface between the upper cladding layer and the core layer is preferably made of a metal that acts as a mirror surface. Specific examples of such a metal include gold, aluminum, copper, silver and the like, and aluminum is particularly preferable among them in the present invention. By forming these metals using a vapor deposition method or the like and forming an upper clad layer, the interface between the upper clad layer and the core layer acts as a mirror surface and totally reflects light guided in the core layer. This is because light absorption loss to the upper clad layer is suppressed, and an efficient optical waveguide with less optical transmission loss can be obtained.
[0098]
As for the shape of the upper clad layer, if both are in contact with each other at the interface between the core layer and the upper clad layer, the mirror effect at the interface can be sufficiently obtained. Therefore, the above-described film thickness when the upper clad layer is formed over the entire surface, and the above-described film thickness and width when the upper clad layer is formed in a pattern do not affect this mirror effect. When the upper clad layer is opaque, the film thickness and width of the upper clad layer may be such that there is no problem in total reflection of light.
[0099]
(substrate)
In the present invention, the substrate plays a role as a support and also has a function of reducing the influence on the core layer due to external stress. Although it will not specifically limit if it is a material which bears such a function, Specifically, glass substrates, such as soda glass, quartz glass, optical glass, an alkali free glass, and polycarbonate, a methylmethacrylate homopolymer or copolymer, polyethylene Examples thereof include plastic films such as terephthalate and polystyrene, and plastic sheets.
[0100]
B. About optical waveguide manufacturing method
The method for producing an optical waveguide of the present invention includes a step of preparing a substrate, and at least a photocatalyst and a binder on the substrate, and energy irradiation changes the wettability of the irradiated portion in a direction in which the contact angle with the liquid decreases. A step of forming a photocatalyst-containing layer, a step of irradiating the core layer forming part, which is a part for forming a core layer on the photocatalyst-containing layer, with pattern irradiation of energy to form a core layer exposed part, and Forming a core layer on the exposed portion of the core layer, and forming an upper clad layer on the photocatalyst-containing layer so as to cover the surface of the core layer formed on the photocatalyst-containing layer. Irradiating the upper clad layer forming portion, which is a layer forming portion, with energy to form an upper clad layer exposed portion, and forming an upper clad layer on the upper clad layer exposed portion Those with a degree.
[0101]
In the present invention, such a manufacturing method has an advantage that it is possible to simplify the labor for patterning the core layer, compared to the conventional manufacturing method of the optical waveguide shown in FIG. .
[0102]
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention. First, each step of FIG. 2 will be described.
[0103]
As shown to (a) of FIG. 2, the board | substrate 1 is prepared, the coating liquid which melt | dissolved the formation material of the photocatalyst containing layer which consists of a photocatalyst and a binder at least on the prepared board | substrate 1 is apply | coated, and it dries. The photocatalyst containing layer 2 is formed (photocatalyst containing layer forming step).
[0104]
Next, a mask 6 is applied to a part other than the core layer forming part which is a part for forming the core layer 4 on the photocatalyst containing layer 2, and pattern irradiation is performed so that energy 7 is irradiated only to the core layer forming part (FIG. 2 ( b)), the core layer exposure part 3 which is an energy irradiation area | region by the said pattern irradiation is formed (core layer exposure part formation process) (FIG.2 (c)).
[0105]
Further, a core layer forming material is attached on the core layer exposure part 3 of the photocatalyst containing layer 2 and dried to form the core layer 4 (core layer forming step) (FIG. 2D).
[0106]
In order to form the upper clad layer 5 so as to cover the surface of the core layer 4 formed on the photocatalyst containing layer 2, the upper clad which is a part where the upper clad layer 5 on the photocatalyst containing layer 2 is formed By irradiating the layer forming portion with energy (FIG. 2 (f)), as shown in FIG. 2 (e), the upper clad layer exposed portion 8 is formed (upper clad layer exposed portion forming step).
[0107]
Then, an upper clad layer forming material is deposited on the upper clad layer exposure portion 8 and dried to form the upper clad layer 5 (upper clad layer forming step) (FIG. 2E).
[0108]
Hereinafter, each of these steps will be described in detail.
[0109]
(Photocatalyst-containing layer forming step)
First, the process of providing the photocatalyst containing layer that is the first process will be described. The photocatalyst-containing layer forming step is a step of forming a photocatalyst-containing layer having at least a photocatalyst and a binder on the substrate and changing the wettability of the irradiated portion in the direction in which the contact angle with the liquid is lowered by energy irradiation.
[0110]
The photocatalyst-containing layer is formed by preparing a coating liquid in which a photocatalyst and a binder as described above are dispersed in a solvent together with other additives as necessary, and applying this coating liquid, followed by hydrolysis, It is formed by advancing the condensation reaction to firmly fix the photocatalyst in the binder. As the solvent to be used, alcohol-based organic solvents such as ethanol and isopropanol are preferable, and coating can be performed by a known coating method such as spin coating, spray coating, dip coating, roll coating, and bead coating. Further, in the case where an ultraviolet curable component is contained as a binder, the photocatalyst-containing layer can be formed on the substrate by performing a curing treatment by irradiating with ultraviolet rays.
[0111]
(Core layer exposed part forming step)
Next, the formation process of the core layer exposure part which is a 2nd process is demonstrated. The core layer exposed portion forming step is a step of forming a core layer exposed portion by pattern irradiating energy to the core layer forming portion which is a portion where the core layer on the photocatalyst containing layer is formed.
[0112]
As the energy irradiated in the present invention, any energy can be used as long as it changes the wettability of the photocatalyst containing layer, but it is preferable to use light. This is because light is easy to control and can be operated safely.
[0113]
Furthermore, it is preferable to use light selected in consideration of the wavelength of light that causes the catalytic reaction of the photocatalyst used in the present invention. For example, cadmium sulfide has a visible light of 496 nm and iron oxide has a light of 539 nm, and titanium dioxide has an ultraviolet light of 388 nm. Thus, in correspondence with the photocatalyst used, visible light or ultraviolet light can be used. However, as described above, it is effective as a photocatalyst because of its high band gap energy, and chemical. In view of the fact that titanium dioxide is suitably used as the photocatalyst because it is stable, non-toxic and easily available, it is preferably light containing ultraviolet light that initiates the catalytic reaction of titanium dioxide. Specifically, it is preferable that ultraviolet light in a range of 400 nm or less, preferably 380 nm or less is included.
[0114]
Examples of light sources including such ultraviolet light include various ultraviolet light sources such as mercury lamps, metal halide lamps, xenon lamps, and excimer lamps. In addition, the light irradiation amount at the time of exposure can be set to an irradiation amount necessary for the exposed portion to exhibit lyophilicity by the action of the photocatalyst.
[0115]
If pattern irradiation is required for energy irradiation, it can be performed by pattern irradiation through a photomask using a light source as described above. As another method, a pattern is formed using a laser such as excimer or YAG. It is also possible to use a drawing irradiation method.
[0116]
The details of the part where the core layer exposure part is formed are as follows. Since it is as having demonstrated in the item of (core layer) about an optical waveguide, description here is abbreviate | omitted.
[0117]
(Core layer formation process)
Next, the core layer forming step as the third step will be described. This core layer forming step is a step of forming a core layer on the core layer exposed portion of the photocatalyst-containing layer.
[0118]
In this core layer forming step, in order to form a core layer in the core layer exposed portion, a method of attaching a core layer forming material onto the core layer exposed portion is employed. Examples of this method include a coating method, a discharge method, a vapor deposition method, an electroless plating method, and the like. Among these methods, a coating method using a coating liquid and a discharge method are preferable.
[0119]
Specifically, the core layer forming material is dispersed in a solvent to prepare a core layer forming coating solution, and this core layer forming coating solution is applied onto the exposed portion of the core layer and then cured. A method for forming the core layer by performing the above can be mentioned. Further, among the methods using this coating solution, the nozzle discharge method is preferred from the viewpoint that the core layer forming coating solution can be efficiently applied. This is because if the nozzle discharge method is used, the application position of the core layer forming coating liquid is accurate, and the amount of the core layer forming coating liquid remaining in the liquid-repellent region can be suppressed. Of these nozzle ejection methods, the ink jet method is preferably used. This is because it is advantageous in terms of cost because it can be mass-produced.
[0120]
As a solvent for dissolving the core layer forming material, a solvent capable of dissolving the core layer forming material and having a contact angle difference of 20 ° or more between the energy exposed portion and the energy unexposed portion of the photocatalyst-containing layer. If it is, it will not specifically limit. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexanone and a mixed solution containing these are preferable. Further, when the binder contains an ultraviolet curable component, the core layer can be formed on the exposed portion of the core layer of the photocatalyst-containing layer by performing a curing treatment by irradiating with ultraviolet rays. .
[0121]
(Upper clad layer exposed portion forming step and upper clad layer forming step)
The upper clad layer exposed portion forming step is to form an upper clad layer on the photocatalyst containing layer so as to cover the surface of the core layer formed on the photocatalyst containing layer. In this process, the upper clad layer exposed portion is irradiated with energy to form the upper clad layer exposed portion.
[0122]
Further, the upper clad layer forming step is a step of forming an upper clad layer on the upper clad layer exposed portion.
[0123]
In the present invention, the series of steps of the upper clad layer exposed portion forming step and the upper clad layer forming step can be roughly divided into two embodiments. In the first embodiment, the upper cladding layer is formed of a material having transparency. The second embodiment is a case where the upper cladding layer is opaque. Both embodiments will be described below for each step.
[0124]
a. First embodiment
In the first embodiment, the upper clad layer is formed of a material having transparency. Furthermore, in the first embodiment, due to the difference in the shape of the upper cladding layer,
When the upper cladding layer is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer so as to cover the core layer
When the upper cladding layer is formed in a pattern so as to cover only the surface of the core layer
Can be divided into
[0125]
Hereinafter, the first embodiment will be described for each case of (1) and (2).
[0126]
(1) When the upper clad layer is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer so as to cover the core layer
First, the case where the upper clad layer is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer so as to cover the core layer will be described.
[0127]
Specifically, in the upper clad layer exposed portion forming step, in this case, the entire surface of the photocatalyst-containing layer is irradiated with energy to form an upper clad layer exposed portion (upper clad layer). And the upper clad layer forming step includes forming an upper clad layer on the entire surface so as to cover the core layer on the upper clad layer exposed portion (upper clad layer full surface forming step); Become.
[0128]
Both steps will be described below.
[0129]
(Upper clad layer exposed area entire surface formation process)
The upper clad layer exposed portion entire surface forming step is a step of irradiating energy on the entire surface of the photocatalyst containing layer in which the core layer is formed at a desired position on the photocatalyst containing layer by the core layer forming step. By this energy irradiation, the entire surface of the photocatalyst-containing layer other than the portion where the core layer is formed becomes lyophilic, and this lyophilic region becomes the upper clad layer whole surface exposed portion. Others related to energy irradiation and the like are as described in the core layer exposure portion forming step, and thus description thereof is omitted here.
[0130]
(Upper clad layer whole surface formation process)
In the upper clad layer whole surface forming step, an upper clad layer forming material is attached on the upper clad layer whole surface exposed portion formed in the upper clad layer exposed portion whole surface forming step, and the upper clad layer is formed on the entire surface of the photocatalyst containing layer. Is a step of forming.
[0131]
Examples of a method for adhering such an upper clad layer forming material on the entire exposed surface of the upper clad layer include a coating method, a discharge method, a vapor deposition method, and an electroless plating method. The method and the discharge method are preferable.
[0132]
Specifically, the upper clad layer forming material is dispersed in a solvent to prepare an upper clad layer forming coating solution, and this coating solution is applied on the upper clad layer whole surface exposed portion, Examples include a method of forming a core layer by curing.
[0133]
Here, as the solvent for dissolving the upper clad layer forming material, the upper clad layer forming material can be dissolved, and the difference in the contact angle between the energy exposed portion and the energy unexposed portion of the photocatalyst containing layer is 20 The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent having a temperature of 0 ° or more. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexanone and a mixed solution containing these are preferable.
[0134]
When the binder contains an ultraviolet curable component, the upper cladding layer can be formed on the entire surface of the photocatalyst-containing layer by irradiating with ultraviolet rays and performing a curing treatment.
[0135]
(2) When the upper cladding layer is formed in a pattern so as to cover only the surface of the core layer
Next, the case where the upper cladding layer is formed of a transparent material and the upper cladding layer is formed in a pattern so as to cover the surface of the core layer will be described.
[0136]
In this case, specifically, in the upper clad layer exposed portion forming step, the surface of the photocatalyst containing layer is irradiated with a pattern of energy so as to have a predetermined width on both sides of the core layer, A pattern is formed so as to form a clad layer exposed portion (patterned upper clad layer exposed portion forming step), and the upper clad layer forming step covers the core layer on the patterned upper clad layer exposed portion. This is a step of forming an upper clad layer in a shape (patterned upper clad layer forming step).
[0137]
Both steps will be described below.
[0138]
(Pattern-shaped upper clad layer exposure part forming process)
The patterned upper clad layer exposed portion forming step is a step of pattern irradiating energy on the photocatalyst-containing layer having the core layer at a desired position by the core layer forming step.
[0139]
In this step, the photocatalyst-containing layer in the region from the side of the core layer to a certain width is irradiated with a pattern so that the region from the side of the core layer to the certain width surrounds the core layer. It becomes a lyophilic region. This lyophilic region is the patterned upper clad layer exposure portion. In addition, since the width from the core layer side portion to the upper clad layer side portion, the energy irradiation method, and the like are as described above, description thereof is omitted here.
[0140]
(Pattern upper clad layer forming process)
The patterned upper clad layer forming step is a step of forming an upper clad layer on the patterned upper clad layer exposed portion formed in the patterned upper clad layer exposed portion forming step.
[0141]
This pattern-like upper clad layer forming step is the same as the above-described upper clad layer entire surface forming step except that the upper clad layer is formed in a pattern, and thus detailed description thereof is omitted here.
[0142]
b. Second embodiment
In the second embodiment of the present invention, the upper cladding layer is formed of an opaque material.
[0143]
As described above, since the interface between the core layer and the upper clad layer needs to act as a mirror surface as described above, the manufacturing method when the upper clad layer is formed of an opaque material is specifically described. Examples of the method include a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a transfer method, an electroless plating method, a coating method using spray coating using a molten metal, and the like.
[0144]
In this case, as long as a metal is formed without a gap at the interface between the core layer and the upper cladding layer, total reflection of light by the effect of the specular effect is efficiently performed. Therefore, as described above, even when the upper cladding layer is formed on the entire surface of the photocatalyst-containing layer or in a pattern, the upper cladding layer has no gap at the interface between the core layer and the upper cladding layer. As long as is formed, total reflection of light by this mirror effect occurs. Therefore, it is preferable to form the above-described metal used when the upper cladding layer is opaque to the extent that the mirror effect is not impaired by the above-described method.
[0145]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
[0146]
【Example】
The following examples further illustrate the invention.
[0147]
A photocatalyst-containing layer containing a photocatalyst is formed on a 50 × 100 mm non-alkali glass substrate, and ultraviolet rays are irradiated through a mask pattern provided with a line pattern having an opening line width of 100 μm. Patterns with different wettability according to the line pattern were formed.
[0148]
When a N-methyl-2-pyrrolidone solution of polymethyl methacrylate was applied by a dispenser method of a 100 μm line pattern forming portion which is an energy exposure portion of a substrate having this pattern, the solution adhered only to the energy exposure portion. . This was cured by drying at 250 ° C. for 30 minutes.
[0149]
Next, the entire substrate was exposed to ultraviolet light, and a cyclohexanone solution of polystyrene was applied to the entire surface of the substrate. By curing this by the same drying method as described above, an optical waveguide with an optical loss of 30 dB / m or less could be formed.
[0150]
【The invention's effect】
According to the present invention, the core layer forming part on the photocatalyst-containing layer is made lyophilic in advance, and the core layer forming coating liquid is attached only to the lyophilic region having a small contact angle with the liquid, There is an effect that the core layer can be accurately produced in a desired region. Furthermore, in the present invention, since the core layer is formed on the photocatalyst-containing layer, the photocatalyst-containing layer has the same function as the upper cladding layer by adjusting the refractive index difference between the core layer and the photocatalyst-containing layer. It can be used as a lower cladding layer. Accordingly, there is no need to separately form a cladding layer, the process can be simplified, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical waveguide of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention.
FIG. 3 is a process diagram showing a conventional method of manufacturing an optical waveguide.
[Explanation of symbols]
1 ... Substrate
2 ... Photocatalyst containing layer
3 ... Core layer exposure part
4 ... Core layer
5 ... Upper cladding layer

Claims (16)

基板と、前記基板上に形成され、少なくとも光触媒、およびエネルギー照射に伴う前記光触媒の作用により液体との接触角が低下するように濡れ性が変化するバインダからなる光触媒含有層と、前記光触媒含有層上にエネルギーをパターン照射し、前記光触媒含有層上にコア層が形成される親液性領域をパターン状に形成した後、前記光触媒含有層上にコア層形成用塗工液を塗布することによりパターン状に形成されたコア層と、前記コア層を覆うように前記光触媒含有層上に上部クラッド層形成用塗工液を塗布することにより形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする光導波路。A substrate, formed on said substrate, at least a photocatalyst and a photocatalyst-containing layer wettability so as to reduce the contact angle with a liquid is made of a binder which changes by the action of the photocatalyst accompanied by the energy irradiation, the photocatalyst-containing layer By irradiating energy on the pattern and forming a lyophilic region in which a core layer is formed on the photocatalyst-containing layer in a pattern, and then applying a coating liquid for forming a core layer on the photocatalyst-containing layer It has a core layer formed in a pattern, and an upper clad layer formed by applying an upper clad layer forming coating solution on the photocatalyst-containing layer so as to cover the core layer Optical waveguide. 前記上部クラッド層は前記光触媒含有層上にパターン状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。  The optical waveguide according to claim 1, wherein the upper clad layer is formed in a pattern on the photocatalyst-containing layer. 前記光触媒含有層上における表面張力40mN/mの液体との接触角が、エネルギー照射されていない部分において10度以上であり、エネルギー照射された部分において10度未満であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光導波路。  The contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m on the photocatalyst-containing layer is 10 degrees or more in a portion not irradiated with energy and less than 10 degrees in a portion irradiated with energy. The optical waveguide according to claim 1 or 2. 前記光触媒含有層と前記コア層との屈折率の差が0.03以上であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の光導波路。  The optical waveguide according to any one of claims 1 to 3, wherein a difference in refractive index between the photocatalyst-containing layer and the core layer is 0.03 or more. 前記上部クラッド層が透明性を有する材料で形成されており、前記上部クラッド層および前記コア層の屈折率差が0.03以上であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の光導波路。  The upper clad layer is made of a transparent material, and the refractive index difference between the upper clad layer and the core layer is 0.03 or more. An optical waveguide according to any one of the claims. 前記上部クラッド層が不透明であり、前記上部クラッド層および前記コア層の界面が鏡面として作用する金属からなることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の光導波路。  The light according to any one of claims 1 to 4, wherein the upper clad layer is opaque, and an interface between the upper clad layer and the core layer is made of a metal that acts as a mirror surface. Waveguide. 前記光触媒含有層がフッ素を含み、前記光触媒含有層に対しエネルギーを照射した際に、前記光触媒の作用により前記光触媒含有層表面のフッ素含有量がエネルギー照射前に比較して低下するように前記光触媒含有層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の光導波路。  The photocatalyst-containing layer contains fluorine, and when the photocatalyst-containing layer is irradiated with energy, the photocatalyst-containing layer has a fluorine content on the surface of the photocatalyst-containing layer that is reduced by the action of the photocatalyst as compared with that before energy irradiation. The optical waveguide according to any one of claims 1 to 6, wherein a containing layer is formed. 前記光触媒が、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化タングステン(WO)、酸化ビスマス(Bi)、および酸化鉄(Fe)から選択される1種または2種以上の物質であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の光導波路。The photocatalyst is composed of titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), and oxide. The optical waveguide according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical waveguide is one or more substances selected from iron (Fe 2 O 3 ). 前記光触媒は、酸化チタンであることを特徴とする請求項8に記載の光導波路。  The optical waveguide according to claim 8, wherein the photocatalyst is titanium oxide. 前記バインダが、YSiX(4−n)(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基またはエポキシ基を示し、Xはアルコキシル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載の光導波路。The binder is Y n SiX (4-n) (wherein Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group or a halogen, and n represents It is an integer from 0 to 3.) It is an organopolysiloxane which is one or two or more kinds of hydrolysis condensates or cohydrolysis condensates of silicon compounds represented by The optical waveguide according to any one of claims 9 to 9. 基板を準備する工程と、
前記基板上に、少なくとも光触媒と、エネルギー照射に伴う前記光触媒の作用により液体との接触角が低下するように濡れ性が変化するバインダとを有する光触媒含有層を形成する工程と、
前記光触媒含有層上のコア層を形成する部位であるコア層形成部に、エネルギーをパターン照射してコア層露光部を形成する工程と、
前記光触媒含有層のコア層露光部上にコア層形成用塗工液を塗布することによりコア層を形成する工程と、
前記光触媒含有層上に形成された前記コア層の表面を被覆するように上部クラッド層を形成するために、前記光触媒含有層上の上部クラッド層が形成される部位である上部クラッド層形成部に、エネルギーを照射して上部クラッド層露光部を形成する工程と、
前記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層形成用塗工液を塗布することにより上部クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
Preparing a substrate;
On the substrate, forming a photocatalyst-containing layer having at least a photocatalyst and a binder whose wettability changes so that a contact angle with the liquid is lowered by the action of the photocatalyst accompanying energy irradiation;
A step of forming a core layer exposure part by pattern irradiating energy to a core layer forming part which is a part for forming a core layer on the photocatalyst-containing layer,
Forming a core layer by applying a coating solution for forming a core layer on the exposed portion of the core layer of the photocatalyst-containing layer; and
In order to form an upper clad layer so as to cover the surface of the core layer formed on the photocatalyst containing layer, an upper clad layer forming portion which is a portion where the upper clad layer on the photocatalyst containing layer is formed is formed. Irradiating energy to form an upper clad layer exposed portion;
And a step of forming an upper clad layer by applying an upper clad layer forming coating solution on the upper clad layer exposed portion.
前記エネルギー照射により上部クラッド層露光部を形成する工程と、前記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とが、
前記光触媒含有層の表面に対して、前記コア層の両側部に所定の幅を持つようにエネルギーをパターン照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程と、
前記上部クラッド層露光部上に前記コア層を被覆するように、上部クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項11記載の光導波路の製造方法。
Forming the upper clad layer exposed portion by the energy irradiation, and forming the upper clad layer on the upper clad layer exposed portion,
Irradiating the surface of the photocatalyst-containing layer with energy so as to have a predetermined width on both sides of the core layer, and forming an upper clad layer exposed portion;
The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 11, further comprising: forming an upper clad layer so as to cover the core layer on the upper clad layer exposed portion.
前記エネルギー照射により上部クラッド層露光部を形成する工程と、前記上部クラッド層露光部上に上部クラッド層を形成する工程とが、
前記光触媒含有層の表面に対して全面にエネルギーを照射して、上部クラッド層露光部を形成する工程と、
前記上部クラッド層露光部上にコア層を被覆するように、上部クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項11記載の光導波路の製造方法。
Forming the upper clad layer exposed portion by the energy irradiation, and forming the upper clad layer on the upper clad layer exposed portion,
Irradiating the entire surface of the photocatalyst-containing layer with energy to form an upper clad layer exposed portion;
12. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 11, further comprising a step of forming an upper clad layer so as to cover a core layer on the upper clad layer exposed portion.
前記光触媒含有層上における表面張力40mN/mの液体との接触角が、エネルギー照射されていない部分において10度以上であり、エネルギー照射された部分において10度未満であることを特徴とする請求項11から請求項13までのいずれかの請求項に記載の光導波路の製造方法。  The contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m on the photocatalyst-containing layer is 10 degrees or more in a portion not irradiated with energy and less than 10 degrees in a portion irradiated with energy. The method for manufacturing an optical waveguide according to any one of claims 11 to 13. 前記光触媒含有層上にパターン状に形成されたコア層が、コア層形成用塗工液を塗布することによって形成されたコア層であることを特徴とする請求項11から請求項14までのいずれかの請求項に記載の光導波路の製造方法。  The core layer formed in a pattern on the photocatalyst-containing layer is a core layer formed by applying a coating solution for forming a core layer. The manufacturing method of the optical waveguide as described in the said claim. 前記コア層形成用塗工液を塗布してコア層を形成する工程が、ノズル吐出法により塗布されることを特徴とする請求項15に記載の光導波路の製造方法。  16. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 15, wherein the step of applying the core layer forming coating liquid to form the core layer is applied by a nozzle discharge method.
JP2001318698A 2001-10-16 2001-10-16 Optical waveguide and method for manufacturing the same Expired - Fee Related JP3786858B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001318698A JP3786858B2 (en) 2001-10-16 2001-10-16 Optical waveguide and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001318698A JP3786858B2 (en) 2001-10-16 2001-10-16 Optical waveguide and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003121674A JP2003121674A (en) 2003-04-23
JP3786858B2 true JP3786858B2 (en) 2006-06-14

Family

ID=19136356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001318698A Expired - Fee Related JP3786858B2 (en) 2001-10-16 2001-10-16 Optical waveguide and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3786858B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3952995B2 (en) 2003-06-13 2007-08-01 セイコーエプソン株式会社 Method for forming optical waveguide
JP2008276000A (en) * 2007-05-01 2008-11-13 Nitto Denko Corp Optical waveguide

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03223701A (en) * 1990-01-29 1991-10-02 Toray Ind Inc Optical element
JPH0480727A (en) * 1990-07-23 1992-03-13 Ricoh Co Ltd Nonlinear optical waveguide element
JP3333864B2 (en) * 1995-08-25 2002-10-15 日本電信電話株式会社 Manufacturing method of optical waveguide
JP3372746B2 (en) * 1996-02-29 2003-02-04 京セラ株式会社 Method for manufacturing optical waveguide using siloxane-based polymer
JPH1048443A (en) * 1996-07-30 1998-02-20 Hitachi Cable Ltd Polymer waveguide and method of manufacturing the same
US6229949B1 (en) * 1997-02-19 2001-05-08 Hitachi, Ltd. Polymer optical waveguide, optical integrated circuit, optical module and optical communication apparatus
JP3225878B2 (en) * 1997-02-19 2001-11-05 日立電線株式会社 Polymer waveguide and method of manufacturing the same
JP4244367B2 (en) * 1998-09-03 2009-03-25 日立化成工業株式会社 Optical device manufacturing method and optical device
JP4050404B2 (en) * 1998-09-29 2008-02-20 大日本印刷株式会社 Optical recording medium
JP3920999B2 (en) * 1998-12-04 2007-05-30 大日本印刷株式会社 Photocatalyst-containing film for pattern formation and method for producing the same
JP4487297B2 (en) * 1999-09-05 2010-06-23 日立化成工業株式会社 Resin optical waveguide provided with protective layer, method for manufacturing the same, and optical component
JP3774598B2 (en) * 1999-09-30 2006-05-17 株式会社日立製作所 Method of manufacturing polymer waveguide substrate and polymer waveguide substrate
JP4138200B2 (en) * 1999-10-04 2008-08-20 大日本印刷株式会社 Photocatalyst-containing composition, wettability changing film, and method for producing wettability changing resin composition
JP4312319B2 (en) * 1999-11-10 2009-08-12 大日本印刷株式会社 Microlens substrate and manufacturing method thereof
JP3819205B2 (en) * 2000-02-17 2006-09-06 大日本印刷株式会社 Method for producing pattern forming body
JP2001272529A (en) * 2000-03-27 2001-10-05 Dainippon Printing Co Ltd Photosetting ink composition for color filter and method of manufacturing color filter
JP3921917B2 (en) * 2000-03-31 2007-05-30 セイコーエプソン株式会社 Manufacturing method of fine structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003121674A (en) 2003-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100877708B1 (en) Manufacturing method of pattern forming body and photomask used for it
US7858274B2 (en) Method for manufacturing color filter
US7569334B2 (en) Method of manufacturing for conductive pattern substrate
US20100230137A1 (en) Method for manufacturing conductive pattern forming body
JP2003295428A (en) Method for manufacturing pattern forming body and photomask used for the same
JP2003209339A (en) Method of manufacturing conductive-pattern forming body
JP4844016B2 (en) Color filter and manufacturing method thereof
JP3786858B2 (en) Optical waveguide and method for manufacturing the same
JP3786860B2 (en) Optical waveguide and method for manufacturing the same
JP2003121668A (en) Optical waveguide and method for manufacturing the same
US7439196B2 (en) Method for manufacturing pattern formed structure
JP2004212900A (en) Method for manufacturing pattern formation body
JP4188007B2 (en) Manufacturing method of color filter
JP4459682B2 (en) Manufacturing method of color filter
US7655365B2 (en) Wettability variable substrate and wettability variable layer forming composition
JP4094217B2 (en) Composition for variable wettability film and variable wettability film
JP2004061629A (en) Manufacturing method for functional element
JP4632339B2 (en) Manufacturing method of color filter for transflective liquid crystal display device
JP2006010883A (en) Color filter and manufacturing method therefor
JP4408392B2 (en) Method for producing pattern forming body
JP2004109253A (en) Pattern form and method for manufacturing same
JP2006010875A (en) Color filter and its manufacturing method
JP2004061634A (en) Manufacturing method for functional element
JP4601367B2 (en) Manufacturing method of color filter
JP4477319B2 (en) Wetability variable substrate and composition for forming wettability variable layer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050531

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050801

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050823

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051019

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051130

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060322

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090331

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100331

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100331

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110331

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110331

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120331

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130331

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载